專利名稱：基于蒙特卡洛模擬的接觸器釋放電壓合格率預測方法
技術領域：
本發明屬于接觸器領域，涉及一種釋放電壓合格率計算方法，具體說就是基于蒙特卡洛模擬的接觸器釋放電壓合格率分析方法。
背景技術：
釋放電壓是接觸器最重要的基本參數，是決定接觸器通斷電流能力的重要因素，可直接根據該參數決定接觸器是否合格。《TB/T2767-2010機車車輛用直流接觸器》第7.2.5條明確規定“接觸器的釋放和完全斷開的電壓不應小于額定控制電源電壓的5%，為保證接觸器不出現斷電不釋放現象，推薦釋放電壓的最小值不小于額定控制電源電壓的10%。用于內燃機車柴油機起動時，在控制電路中工作的接觸器，應保證最大釋放電壓不超過額定控制電源電壓的30%。”但在實際的產品開發中，由于現實機構的復雜性，各種參數包括尺寸參數、設計參數和調整參數都會對釋放電壓產生一定的影響，因此需要在設計階段確定影響該參數的主要因素，并能通過一定的方式方法在實際產品生產前就模擬計算其釋放電壓的合格率，從而通過改變部分因素的容差范圍控制釋放電壓的合格率，使接觸器的生產效益達到最大。在現有接觸器的設計過程中，是在接觸器的設計圖紙處理來之后，根據設計圖紙加工制作出多個樣品，然后對制作出來的多個樣品采用測試設備進行釋放電壓的測試，進而才能夠驗證設計的參數是否合理，如果不合理，就需要修改圖紙，然后重新加工制作樣品、再做實驗，這就導致了設計周期延長以及設計和測試成本比較高。
發明內容
本發明的目的在于解決現有接觸器的設計過程中，需要根據設計圖紙將樣品制作出來才能夠對釋放電壓的參數進行檢驗的方法存在設計周期長以及加工制作樣品導致設計和測試成本高的問題，本發明提供一種釋放電壓合格率基于蒙特卡洛模擬的接觸器釋放電壓合格率預測方法。本發明所述的基于蒙特卡洛模擬的接觸器釋放電壓合格率預測方法的步驟如下:步驟一:根據設計文件和工藝圖紙獲得對接觸器的釋放電壓有影響的尺寸參數設計值、設計參數設計值和調整參數設計值及每個參數的容差范圍，根據獨立同分布的中心極限定理利用MATLAB產生N組在容差范圍內變化并符合正態分布的尺寸參數、設計參數和調整參數三類參數組合，參數N為大于等于1000的整數；步驟二:將以上N組三類參數組合依次作為接觸器釋放電壓獲取模塊的輸入參數，獲得N組釋放電壓特性參數；步驟三:對獲得的N組釋放電壓參數進行分析，計算獲得概率密度函數、參數期望和均方差，進而獲得N組釋放電壓參數的分布特性；步驟四:根據接觸器的設計參數中的性能指標要求確定釋放電壓判別界限，利用Simpson法則根據步驟三獲得的N組釋放電壓參數的分布特性計算接觸器釋放電壓合格率。所述接觸器釋放電壓獲取模塊采用軟件技術實現，該模塊的工作過程包括如下為步驟:步驟A、設置接觸器模型計算參數初始化特性參數；步驟B、由前一時刻線圈電壓、電流和磁鏈積分求當前時刻磁鏈；步驟C、由線圈磁鏈、銜鐵位移查對照表獲得線圈電流；步驟D、由步驟C獲得的線圈電流、銜鐵位移查對照表獲得電磁吸力；步驟E、由銜鐵位移計算機械彈簧反力f=k.x+cd.V公式中k、Cd分別表示彈簧剛度和彈簧阻尼，X、V分別表示彈簧的銜鐵位移和銜鐵速度；步驟F、采用四階龍格-庫塔法求解機械運動微分方程組，所述機械運動微分方程組為:
權利要求
1.一種基于蒙特卡洛模擬的接觸器釋放電壓合格率預測方法，其特征在于該方法包括如下步驟: 步驟一:根據設計文件和工藝圖紙獲得對接觸器的釋放電壓有影響的尺寸參數設計值、設計參數設計值和調整參數設計值及每個參數的容差范圍，根據獨立同分布的中心極限定理利用MATLAB產生N組在容差范圍內變化并符合正態分布的尺寸參數、設計參數和調整參數三類參數組合，參數N為大于等于1000的整數； 步驟二:將以上N組三類參數組合依次作為接觸器釋放電壓獲取模塊的輸入參數，獲得N組釋放電壓特性參數； 步驟三:對獲得的N組釋放電壓參數進行分析，計算獲得概率密度函數、參數期望和均方差，進而獲得N組釋放電壓參數的分布特性； 步驟四:根據接觸器的設計參數中的性能指標要求確定釋放電壓判別界限，利用Simpson法則根據步驟三獲得的N組釋放電壓參數的分布特性計算接觸器釋放電壓合格率。
2.根據權利要求1所述的一種基于蒙特卡洛模擬的接觸器釋放電壓合格率預測方法，其特征在于，所述接觸器釋放電壓獲取模塊采用軟件技術實現，該模塊的工作過程包括如下為步驟: 步驟A、設置接觸器模型計算參數初始化特性參數； 步驟B、由前一時刻線圈電壓、電流和磁鏈積分求當前時刻磁鏈； 步驟C、由線圈磁鏈、銜鐵位移查對照表獲得線圈電流； 步驟D、由步驟C獲得的線圈電流、銜鐵位移查對照表獲得電磁吸力； 步驟E、由銜鐵位移計算機械彈簧反力 f=k.x+cd.V 公式中k、Cd分別表示彈簧剛度和彈簧阻尼，X、V分別表示彈簧的銜鐵位移和銜鐵速度； 步驟F、采用四階龍格-庫塔法求解機械運動微分方程組，所述機械運動微分方程組為:Yn+l=Yn+^(Kl + 2K2+2K3+K4) OKl=GitnJn) <K2=G(tn+h,Yn^Kl) JT3=GU +Ujn+^K2) K4=G(tn+hJn+hK3) 所述Y表示銜鐵位移、速度列向量，表達式為Y= (X，V)τ;下腳標η表示采樣時刻；tn表示η時刻對應的時間； G表不銜鐵速度、加速度列向量,表達式為G = fv,-— ，F表不電磁吸力；m表不銜 Vm J鐵質量； G (tn, Yn)中tn和Yn為上述表達式的自變量； h表示計算時間步長； 步驟G、保存步驟F的計算結果數據、并從所述計算結果數據中提取釋放電壓特性參數，完成釋放電壓特性參數的獲取。
3.根據權利要求2所述的一種基于蒙特卡洛模擬的接觸器釋放電壓合格率預測方法，其特征在于，所述對照表是接觸器的線圈磁鏈關于線圈電流和銜鐵位移的二維表，該對照表是通過下述步驟獲得的: 步驟H、根據接觸器的電磁機構的設計圖紙在UG軟件中建立電磁機構三維模型； 步驟1、通過軟件有限元軟件FLUX根據電磁機構的三維模型，計算獲得多組接觸器的線圈電流、銜鐵位移、電磁吸力 和磁鏈； 步驟J、根據步驟I獲得多組接觸器的線圈電流、銜鐵位移、電磁吸力和磁鏈參數構建對照表。
4.根據權利要求3所述的一種基于蒙特卡洛模擬的接觸器釋放電壓合格率預測方法，其特征在于，步驟I所述的通過軟件有限元軟件FLUX根據電磁機構的三維模型，計算獲得多組接觸器的線圈磁鏈、線圈電流和銜鐵位移的過程為: 步驟I1、采用有限元軟件FLUX根據電磁機構的三維模型建立幾何模型，并對該幾何模型劃分有限元網格； 步驟12、根據電磁機構的實際物理特性設置步驟Il中各個有限元網格的物理屬性； 步驟13、對設置完物理屬性的幾何模型進行靜態特性仿真，仿真時輸入多組的線圈電流值和對應的尺寸參數，所述電流值由電壓除以接觸器的設計參數中的線圈電阻獲得；通過仿真獲得每組線圈電流值和尺寸參數對應的銜鐵位移、電磁吸力和磁鏈。
5.根據權利要求1所述的一種基于蒙特卡洛模擬的接觸器釋放電壓合格率預測方法，其特征在于，步驟四中所述的利用Simpson法則根據步驟三獲得的N組釋放電壓參數的分布特性計算接觸器釋放電壓合格率的過程為: 首先計算得到N組釋放電壓數據的期望和方差，然后根據已有的釋放電壓合格范圍確定Simpson法則計算所需上下限值，最后采用所述法則在上下限值內積分獲得接觸器釋放電壓合格率。
全文摘要
基于蒙特卡洛模擬的接觸器釋放電壓合格率預測方法，屬于接觸器檢測技術領域。本發明解決了現有接觸器設計過程中對釋放電壓參數進行檢驗的方法存在的需要加工制作樣品導致設計和測試成本高和設計周期長的問題。本發明根據接觸器設計文件確定對釋放電壓有影響的三種參數設計值及上下限、采用獨立同分布的中心極限定理利用MATLAB產生N組參數組合；然后根據該N組參數組合獲得N組釋放電壓特性參數；進而獲得釋放電壓參數的分布特性；最后根據該分布特性和接觸器的釋放電壓設計參數利用Simpson法則獲得接觸器釋放電壓合格率。本發明適用于在接觸器的設計環節對接觸器釋放電壓的合格率進行預測分析，進而為接觸器的設計者提供修正設計參數的依據。
文檔編號G06F17/50GK103218502SQ20131017786
公開日2013年7月24日 申請日期2013年5月14日 優先權日2013年5月14日
發明者楊文英, 徐樂, 周志凱, 劉鵬, 趙瑞平, 翟國富 申請人:哈爾濱工業大學