【摘 要】
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动铁式比例电磁铁(Moving Armature Proportional Solenoid,MAPS)作为比例阀中最关键的电—机械转换器,其静态特性的优劣直接影响电液控制系统的精度。本论文在国家自然科学基金面上项目“复杂产品装配过程多态质量数据流建模及预测控制方法研究”(项目批准号:71671130)的资助下,以MAPS作为研究对象,通过对关键几何参数进行研究,为实现几何参数建模分析和性能优化提
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动铁式比例电磁铁(Moving Armature Proportional Solenoid,MAPS)作为比例阀中最关键的电—机械转换器,其静态特性的优劣直接影响电液控制系统的精度。本论文在国家自然科学基金面上项目“复杂产品装配过程多态质量数据流建模及预测控制方法研究”(项目批准号:71671130)的资助下,以MAPS作为研究对象,通过对关键几何参数进行研究,为实现几何参数建模分析和性能优化提供了新的思路。本文主要研究内容包括以下3个方面:(1)针对MAPS关键几何参数对静态电磁力的影响的复杂性、多样性,建立其三维仿真模型进行有限元法(Finite Element Method,FEM)计算,研究单一几何参数变化对静态电磁力的影响趋势。利用JMAG-Designer软件对不同关键几何参数:隔磁环前倾角、导套壁厚、径向气隙长度、推杆孔半径、动铁的长度、隔磁环底宽进行静态电磁力的仿真分析,通过仿真结果确定各几何参数对恒力值影响的范围,为进一步对MAPS的几何参数优化提供了可靠的数据支撑。(2)针对MAPS在有效工作行程内水平恒力的设计问题,提出了利用响应面法(Response Surface Method,RSM)建立关键几何参数与静态电磁力之间的响应面模型。将关键几何参数作为响应自变量,静态电磁力作为响应变量,建立两者之间的响应面模型,通过方差分析和R~2值、Q~2值对响应模型进行一致性和预测能力进行检验。通过响应面模型预测不同恒力条件下的关键几何参数值,并利用JMAG-Designer软件对预测出的几何参数进行建模仿真,验证了响应面模型对具有较好的预测能力。(3)针对MAPS平均恒力值目标最大与动铁体积最小之间的相互制约的问题,提出构建JMAG-Designer软件与mode FRONTIER多目标优化软件进行性能优化的联合仿真。在满足线性度约束条件下,对关键几何参数值采用NSAG-Ⅱ算法进行全局寻优,使计算出的动铁体积目标最小和平均水平恒力目标最大。将初始设计点与Pareto前沿上的设计点分别进行对比,验证了多目标优化设计方案对提升静态电磁力和减小动铁体积具有显著的效果。
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