[发明专利]一种接触器触头系统带载多物理场耦合仿真优化设计系统

权利要求书

1.一种接触器触头系统带载多物理场耦合仿真优化设计系统，其特征在于，包括：

电弧计算模块，根据电弧轨迹数据库，基于电弧实验和电弧磁流体仿真数据，通过深度BP-Adaboost神经元网络进行训练，建立不同燃弧环境下开关电弧的燃烧过程中耗散能量、燃弧时间与主回路电压轨迹、电流轨迹、触头运动轨迹之间的非线性关系，并将结果作为电弧等效模型的参数，构建开关电弧动态模型；

电磁场-动力学-声学求解模块，基于电磁有限元、多体动力学和振动噪声的有限谱元法，通过基于电磁有限元软件建立的电磁场求解器和基于多体动力学软件建立的动力学求解器之间的实时数据交互接口，将接触器在吸合过程、吸持阶段和分断过程中的电磁场与接触器机构的运动过程、电磁场与接触器机构的机械振动在时域上进行耦合；对电磁机构进行柔性化处理，获取电磁机构吸持状态下的机械振动响应，建立动力学求解器和声学求解器之间的数据交换接口，对接触器吸持状态下振动噪声进行分析；

电磁场-温度场求解模块，基于电磁有限元和热传导，通过电磁场求解器获取所得的电阻损耗、涡流损耗和温度场求解器的热传导、热对流、热辐射方程之间的相互耦合，以及接触器在带负载吸持情况下电磁系统、线圈、触头系统、联动机构的温度场分布情况；

分级设计模块，通过等效磁路和简化物理模型进行初步设计，并经多物理场耦合计算进行深度优化设计，输出设计方案；

图形用户界面模块，提供电磁系统的结构、触头系统的结构、材料库、电源类型、控制方案，用于用户选择；

所述深度BP-Adaboost神经元网络的训练过程如下：

步骤S11：对电弧电压轨迹U_arc、电流轨迹I_arc、耗散能量P_loss、燃弧时间t和触头速度轨迹v进行归一化处理，初始化神经元网络；

步骤S12：训练数据样本，每次训练后形成一个弱分类器，记录每次训练误差；

步骤S13：将失效样本加入新样本，重构样本集并进行训练，得到新的弱分类器；

步骤S14：合并弱分类器，形成强分类器；

步骤S15：重复步骤S12至步骤S14，形成若干个强分类器；根据预测效果分配对应权重，合并强分类器，得到深度BP-Adaboost神经元网络；

步骤S16：对输出变量进行反归一化，得到电弧燃弧时间与燃弧能量的预测值；

步骤S17：以训练得到的燃弧时间与耗散能量作为电弧等效模型的参数，建立开关电弧动态模型。

2.根据权利要求1所述的一种接触器触头系统带载多物理场耦合仿真优化设计系统，其特征在于，所述电磁场-动力学-声学求解模块的求解过程如下：

步骤S21：输入接触器每个部件速度v₀、位置、线圈电流I₀、线圈电压U₀的初始值、求解时间t以及求解步长dt；

步骤S22：电磁场求解器获取一个步长后电磁系统的磁场分布和电磁吸力，通过数据交互接口，将计算结果传递给动力学求解器；

步骤S23：动力学求解器以步骤S22所得结果为驱动，获取一个步长后接触器每个部件的位移、速度以及加速度，通过数据交互接口将计算结果传递给电磁场求解器；

步骤S24：电磁场求解器根据步骤S23所得结果确定接触器每个部件的位置和速度，通过采用Remeshing方法，更新电磁系统网格，进行下一个时间步的计算；

步骤S25：重复步骤S22至步骤S24步直到接触器中电磁机构吸合，提取此时电磁机构的位移、速度、加速度、电磁吸力和磁场分布；当检测到衔铁和静铁心发生碰撞，电磁场求解器以及动力学求解器根据机械振动的情况自动缩短步长；

步骤S26：对接触器中电磁机构进行柔性化处理，重复步骤S22至步骤S24，获取接触器中电磁机构在电磁激励下的动态响应；

步骤S27：对一本构方程进行快速傅立叶变换，获取接触器中电磁机构在机械振动在频域下的噪声响应曲线；

步骤S28：对频域下的噪声响应进行快速傅立叶逆变换，获得时域下的噪声响应。