CN107798186B - 一种电磁继电器触簧系统贮存退化表征参数的确定方法 - Google Patents

一种电磁继电器触簧系统贮存退化表征参数的确定方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种电磁继电器触簧系统贮存退化表征参数的确定方法，包括如下步骤：建立电磁继电器仿真模型；对触簧系统进行贮存退化试验并建立贮存退化模型；将试验数据采集时刻代入退化模型中，得到对应的触簧系统退化状态；修改触簧系统仿真模型参数，实现触簧系统的贮存退化注入；对注入了不同贮存退化程度的电磁继电器仿真模型进行动态仿真，获取对应外特性的仿真退化数据；分别构建各外特性的贮存退化模型；选取其中有确定退化趋势的外特性；判断选定外特性的仿真退化数据与触簧系统贮存退化状态的线性相关性，确定所选定的输出特性是否为触簧系统贮存退化表征参数。本发明解决了贮存过程中无法直接监测电磁继电器触簧系统退化程度的问题。

Description

一种电磁继电器触簧系统贮存退化表征参数的确定方法
技术领域
本发明涉及继电器产品性能分析技术领域，特别涉及电磁继电器触簧系统贮存退化表征参数的确定方法。
背景技术
随着可靠性领域相关研究的持续深入，研究人员逐渐认识到产品的贮存过程与工作过程都会对其功能、性能以及可靠性产生重要影响。在产品出厂之后的整个寿命周期过程中，不仅包含着工作状态，同样也存在着非工作的贮存状态。尤其是对于航空、航天以及武器装备等领域的一次使用型产品，贮存过程中的温度、湿度、振动等环境应力对其产生的影响是导致其性能发生退化的主要因素。对于电磁继电器来说，触簧系统与电磁系统一样，是其中的主要组成部分，是决定电磁继电器是否能够正常工作的关键所在。同时，在电磁继电器的贮存过程中，触簧系统又是其中发生退化的主要部件，随着触簧系统性能的退化，电磁继电器的吸反力配合将逐渐受到影响，直至因配合失当而导致电磁继电器贮存失效。此外，由于电磁继电器通常具有零部件多、结构紧凑的特点，特别是对于密封式电磁继电器而言，在装配完成后一般无法对其内部的组成部分进行状态检测。而由于触簧系统的贮存退化状态无法进行实时或定期地监测，难以对触簧系统乃至整个电磁继电器的贮存寿命进行预计，从而限制了此类电磁继电器在有贮存寿命要求的场合中的应用。因此，如何确定一种可以直接测量并能够间接地反映触簧系统贮存退化状态的电磁继电器性能参数，作为触簧系统贮存退化的表征参数成为一项亟待解决的问题。
触簧系统决定着电磁继电器吸反力配合过程中的反力特性，其贮存退化将对电磁继电器的外特性(如：动作时间)产生直接影响。随着虚拟样机技术的发展，使得基于电磁继电器的设计参数进行动态特性分析成为可能。同时，通过单独对电磁继电器的触簧系统进行贮存试验又可以较为简单的获取其形状、材料属性等的退化数据。因而，基于虚拟样机技术将此类退化数据进行注入，实现对电磁继电器贮存退化过程的仿真，将触簧系统的退化转化为电磁继电器外特性的退化，并找到电磁继电器触簧系统贮存退化的表征参数。则可以通过对该表征参数的实时监测与分析，实现对电磁继电器贮存可靠性与贮存寿命的预测。
发明内容
本发明是为了解决在电磁继电器的贮存过程中，其触簧系统的退化状态无法直接测量的问题，提出了一种电磁继电器触簧系统贮存退化表征参数的确定方法。
为了达到上述目的，本发明提供一种电磁继电器触簧系统贮存退化表征参数的确定方法，包括如下步骤：
建立包含电磁系统和触簧系统的电磁继电器仿真模型，并实现电磁继电器动态特性仿真；
对触簧系统进行贮存退化试验，建立触簧系统的贮存退化模型；
将试验的数据采集时刻代入触簧系统的贮存退化模型中，得到所对应的触簧系统贮存退化状态；
按照各时刻触簧系统贮存退化状态修改触簧系统仿真模型相应参数，实现触簧系统贮存退化的注入；
分别对注入了触簧系统不同贮存退化程度的电磁继电器仿真模型进行动态仿真，获取对应外特性的仿真退化数据；
应用最小二乘法对所述外特性仿真退化数据进行拟合，并分别构建各外特性的贮存退化模型；
对所构建的外特性贮存退化模型进行趋势分析，选取其中有确定退化趋势的外特性；
判断选定外特性的仿真退化数据与触簧系统贮存退化状态数据的线性相关性，确定所选定的输出特性是否为电磁继电器触簧系统贮存退化表征参数。
较佳的实施方式，在建立包含电磁系统和触簧系统的电磁继电器仿真模型，并实现电磁继电器动态特性仿真步骤中，是根据电磁继电器的设计参数，在FLUX软件中建立继电器电磁系统的仿真模型，在ADAMS软件中建立触簧系统的仿真模型，并通过MATLAB软件进行联合仿真实现对电磁继电器动态特性的仿真建模。
较佳的实施方式，在对触簧系统进行贮存退化试验，建立触簧系统的贮存退化模型的步骤中，是模拟电磁继电器实际贮存环境，对n个触簧系统样本进行贮存退化试验并在t时刻采集退化数据D(t)，通过对D(t)进行曲线拟合建立触簧系统的贮存退化模型。
较佳的实施方式，在将试验的数据采集时刻代入触簧系统的贮存退化模型中，得到所对应的触簧系统贮存退化状态的步骤中，是将所述贮存退化试验过程中所选择的k个数据采集时刻代入所建立的触簧系统贮存退化模型中，得到k个数据采集时刻所对应的k个触簧系统贮存退化状态。
较佳的实施方式，在按照各时刻触簧系统贮存退化状态修改触簧系统仿真模型相应参数，实现触簧系统贮存退化的注入的步骤中，是在ADAMS软件中，得到的k个触簧系统贮存退化状态分别对所建立的触簧系统仿真模型的尺寸、形状、材料属性等参数进行修改，得到k个新的触簧系统仿真模型，实现触簧系统贮存退化的注入。
较佳的实施方式，在分别对注入了触簧系统不同贮存退化程度的电磁继电器仿真模型进行动态仿真，获取对应外特性的仿真退化数据的步骤中，是应用所建立的电磁继电器动态特性仿真模型，分别对注入了触簧系统不同贮存退化程度的k个电磁继电器仿真模型进行动态特性仿真，获取对应的k个吸合时间、释放时间、吸合电压、释放电压的仿真数据，以此仿真数据作为四个参数的仿真退化数据。
较佳的实施方式，在应用最小二乘法对所述外特性仿真退化数据进行拟合，并分别构建各外特性的贮存退化模型的步骤中，是应用最小二乘法分别对所述吸合时间、释放时间、吸合电压、释放电压仿真退化数据进行拟合，并分别构建吸合时间、释放时间、吸合电压、释放电压的贮存退化模型。
较佳的实施方式，在对所构建的外特性贮存退化模型进行趋势分析，选取其中有确定退化趋势的外特性步骤中，是以具有明显退化趋势，且退化不可逆为原则，对所构建的四种输出特性贮存退化模型进行趋势分析，选出符合原则的输出特性。
较佳的实施方式，在判断选定外特性的仿真退化数据与触簧系统贮存退化状态数据的线性相关性，确定所选定的输出特性是否为电磁继电器触簧系统贮存退化表征参数的步骤中，是计算选定的输出特性对应的仿真退化数据与触簧系统贮存退化状态数据的线性相关系数，当线性相关系数的绝对值大于0.8时，则确定所选定的输出特性为电磁继电器触簧系统贮存退化表征参数。
较佳的实施方式，所述电磁继电器设计参数包括继电器本身及其零部件的尺寸、公差、材料属性。
本发明的优点：本发明提出一种电磁继电器触簧系统贮存退化表征参数的确定方法；首先建立电磁继电器的仿真模型；之后对触簧系统进行贮存退化建模，并将贮存退化模型进行离散化；对包含不同贮存退化状态触簧系统的电磁继电器模型进行动态特性仿真；应用最小二乘法，对各组仿真数据进行拟合，并找出其中有确定退化趋势的输出特性；最后，通过计算选定输出特性的仿真退化数据与触簧系统贮存退化状态数据的线性相关系数，从而确定电磁继电器触簧系统贮存退化表征参数。它通过仿真手段实现触簧系统贮存退化的注入，并通过对电磁继电器输出特性退化趋势的分析以及其退化与触簧系统贮存退化相关程度的计算，找出了可直接测量并且能够表征电磁继电器中触簧系统贮存退化的输出特性，解决了电磁继电器在贮存过程中无法直接监测其触簧系统退化程度的问题。
本发明基于仿真及退化注入的方式确定电磁继电器的贮存退化表征参数，无需直接针对电磁继电器开展贮存退化试验即可获取由触簧系统贮存退化所引起的继电器输出特性变化情况，降低了试验难度并可有效节约试验成本。在确定贮存退化表征参数的过程中，同时考虑了输出特性贮存退化的趋势性以及与触簧系统贮存退化的相关性，其结果可信程度高。为电磁继电器产品的贮存可靠性评价及剩余贮存寿命预测等相关研究奠定了基础。
附图说明
图1为本发明所述一种电磁继电器触簧系统贮存退化表征参数的确定方法的流程图。
图2为本发明各步骤之间关系的示意图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1、图2所示，分别是本发明所述一种电磁继电器触簧系统贮存退化表征参数的确定方法的流程图及本发明各步骤之间关系的示意图。本发明的是提供一种电磁继电器触簧系统贮存退化表征参数的确定方法，它包括以下步骤：
步骤S1：建立包含电磁系统和触簧系统的电磁继电器仿真模型，并实现电磁继电器动态特性仿真，具体是根据电磁继电器的设计参数，在FLUX软件中建立继电器电磁系统的仿真模型，在ADAMS软件中建立触簧系统的仿真模型，并通过MATLAB软件进行联合仿真实现对电磁继电器动态特性的仿真建模；
步骤S2：对触簧系统进行贮存退化试验，建立触簧系统的贮存退化模型，具体是模拟电磁继电器实际贮存环境，对n个触簧系统样本进行贮存退化试验并在t时刻采集退化数据D(t)，通过对D(t)进行曲线拟合建立触簧系统的贮存退化模型；
步骤S3：将试验的数据采集时刻代入触簧系统的贮存退化模型中，得到所对应的触簧系统贮存退化状态，具体是将所述贮存退化试验过程中所选择的k个数据采集时刻代入所建立的触簧系统贮存退化模型中，得到k个数据采集时刻所对应的k个触簧系统贮存退化状态；
步骤S4：按照各时刻触簧系统贮存退化状态修改触簧系统仿真模型相应参数，实现触簧系统贮存退化的注入，具体是在ADAMS软件中，按照步骤S3中得到的k个触簧系统贮存退化状态分别对步骤S1中所建立的触簧系统仿真模型的尺寸、形状、材料属性等参数进行修改，得到k个新的触簧系统仿真模型，实现触簧系统贮存退化的注入；
步骤S5：分别对注入了触簧系统不同贮存退化程度的电磁继电器仿真模型进行动态仿真，获取对应外特性的仿真退化数据，具体是应用步骤S1中所建立的电磁继电器动态特性仿真模型，分别对注入了触簧系统不同贮存退化程度的k个电磁继电器仿真模型进行动态特性仿真，获取对应的k个吸合时间、释放时间、吸合电压、释放电压的仿真数据，以此仿真数据作为四个参数的仿真退化数据；
步骤S6：应用最小二乘法对所述外特性仿真退化数据进行拟合，并分别构建各外特性的贮存退化模型，具体是应用最小二乘法分别对所述吸合时间、释放时间、吸合电压、释放电压仿真退化数据进行拟合，并分别构建吸合时间、释放时间、吸合电压、释放电压的贮存退化模型；
步骤S7：对所构建的外特性贮存退化模型进行趋势分析，选取其中有确定退化趋势的外特性，具体是以具有明显退化趋势，且退化不可逆为原则，对所构建的四种输出特性贮存退化模型进行趋势分析，选出符合原则的输出特性；
步骤S8：判断选定外特性的仿真退化数据与触簧系统贮存退化状态数据的线性相关性，确定所选定的输出特性是否为电磁继电器触簧系统贮存退化表征参数，具体是计算步骤S7中选定的输出特性对应的仿真退化数据与触簧系统贮存退化状态数据的线性相关系数，当线性相关系数的绝对值大于0.8时，则确定所选定的输出特性为电磁继电器触簧系统贮存退化表征参数。
完成电磁继电器触簧系统贮存退化表征参数的确定。
下面结合图1对上述各步骤做详细说明：
在步骤S1中的电磁继电器设计参数包括继电器本身及其零部件的尺寸、公差、材料属性；
在步骤S2中，对D(t)进行曲线拟合时，可基于失效物理模型，或通过对线性、指数、对数、幂函数等多种数学模型进行拟合效果比较，从而确定最优的拟合模型；曲线拟合常用的数学模型如表1所示。
表1
Figure BDA0001442138150000061
在步骤S4中，所进行的触簧系统模型尺寸、形状、材料属性等参数的修改，需要根据步骤S3中所述的触簧系统退化状态确定；
在步骤S6中，构建吸合时间、释放时间、吸合电压、释放电压的贮存退化模型时，应基于失效物理模型，或通过对线性、指数、对数、幂函数等多种数学模型进行拟合效果比较，从而确定最优的拟合模型。
综上所述，发明提出一种电磁继电器触簧系统贮存退化表征参数的确定方法；首先建立电磁继电器的仿真模型；之后对触簧系统进行贮存退化建模，并将贮存退化模型进行离散化；对包含不同贮存退化状态触簧系统的电磁继电器模型进行动态特性仿真；应用最小二乘法，对各组仿真数据进行拟合，并找出其中有确定退化趋势的输出特性；最后，通过计算选定输出特性的仿真退化数据与触簧系统贮存退化状态数据的线性相关系数，从而确定电磁继电器触簧系统贮存退化表征参数。它通过仿真手段实现触簧系统贮存退化的注入，并通过对电磁继电器输出特性退化趋势的分析以及其退化与触簧系统贮存退化相关程度的计算，找出了可直接测量并且能够表征电磁继电器中触簧系统贮存退化的输出特性，解决了电磁继电器在贮存过程中无法直接监测其触簧系统退化程度的问题。
本发明基于仿真及退化注入的方式确定电磁继电器的贮存退化表征参数，无需直接针对电磁继电器开展贮存退化试验即可获取由触簧系统贮存退化所引起的继电器输出特性变化情况，降低了试验难度并可有效节约试验成本。在确定贮存退化表征参数的过程中，同时考虑了输出特性贮存退化的趋势性以及与触簧系统贮存退化的相关性，其结果可信程度高。为电磁继电器产品的贮存可靠性评价及剩余贮存寿命预测等相关研究奠定了基础。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电磁继电器触簧系统贮存退化表征参数的确定方法，其特征在于，包括如下步骤：
建立包含电磁系统和触簧系统的电磁继电器仿真模型，并实现电磁继电器动态特性仿真；
对触簧系统进行贮存退化试验，建立触簧系统的贮存退化模型；
将试验的数据采集时刻代入触簧系统的贮存退化模型中，得到所对应的触簧系统贮存退化状态；
按照各时刻触簧系统贮存退化状态修改触簧系统仿真模型相应参数，实现触簧系统贮存退化的注入；
分别对注入了触簧系统不同贮存退化程度的电磁继电器仿真模型进行动态仿真，获取对应外特性的仿真退化数据，其中，所述外特性的仿真退化数据为吸合时间、释放时间、吸合电压、释放电压仿真退化数据；
应用最小二乘法对所述外特性仿真退化数据进行拟合，并分别构建各外特性的贮存退化模型；
对所构建的外特性贮存退化模型进行趋势分析，选取其中有确定退化趋势的外特性；
判断选定外特性的仿真退化数据与触簧系统贮存退化状态数据的线性相关性，确定所选定的输出特性是否为电磁继电器触簧系统贮存退化表征参数。
2.根据权利要求1所述的电磁继电器触簧系统贮存退化表征参数的确定方法，其特征在于，在建立包含电磁系统和触簧系统的电磁继电器仿真模型，并实现电磁继电器动态特性仿真步骤中，是根据电磁继电器的设计参数，在FLUX软件中建立继电器电磁系统的仿真模型，在ADAMS软件中建立触簧系统的仿真模型，并通过MATLAB软件进行联合仿真实现对电磁继电器动态特性的仿真建模。
3.根据权利要求1所述的电磁继电器触簧系统贮存退化表征参数的确定方法，其特征在于，在对触簧系统进行贮存退化试验，建立触簧系统的贮存退化模型的步骤中，是模拟电磁继电器实际贮存环境，对n个触簧系统样本进行贮存退化试验并在t时刻采集退化数据D(t)，通过对D(t)进行曲线拟合建立触簧系统的贮存退化模型。
4.根据权利要求1所述的电磁继电器触簧系统贮存退化表征参数的确定方法，其特征在于，在将试验的数据采集时刻代入触簧系统的贮存退化模型中，得到所对应的触簧系统贮存退化状态的步骤中，是将所述贮存退化试验过程中所选择的k个数据采集时刻代入所建立的触簧系统贮存退化模型中，得到k个数据采集时刻所对应的k个触簧系统贮存退化状态。
5.根据权利要求1所述的电磁继电器触簧系统贮存退化表征参数的确定方法，其特征在于，在按照各时刻触簧系统贮存退化状态修改触簧系统仿真模型相应参数，实现触簧系统贮存退化的注入的步骤中，是在ADAMS软件中，按照得到的k个触簧系统贮存退化状态分别对所建立的触簧系统仿真模型的尺寸、形状、材料属性进行修改，得到k个新的触簧系统仿真模型，实现触簧系统贮存退化的注入。
6.根据权利要求1所述的电磁继电器触簧系统贮存退化表征参数的确定方法，其特征在于，在分别对注入了触簧系统不同贮存退化程度的电磁继电器仿真模型进行动态仿真，获取对应外特性的仿真退化数据的步骤中，是应用所建立的电磁继电器动态特性仿真模型，分别对注入了触簧系统不同贮存退化程度的k个电磁继电器仿真模型进行动态特性仿真，获取对应的k个吸合时间、释放时间、吸合电压、释放电压的仿真数据。
7.根据权利要求1所述的电磁继电器触簧系统贮存退化表征参数的确定方法，其特征在于，在应用最小二乘法对所述外特性仿真退化数据进行拟合，并分别构建各外特性的贮存退化模型的步骤中，是应用最小二乘法分别对所述吸合时间、释放时间、吸合电压、释放电压仿真退化数据进行拟合，并分别构建吸合时间、释放时间、吸合电压、释放电压的贮存退化模型。
8.根据权利要求1所述的电磁继电器触簧系统贮存退化表征参数的确定方法，其特征在于，在对所构建的外特性贮存退化模型进行趋势分析，选取其中有确定退化趋势的外特性步骤中，是以具有明显退化趋势，且退化不可逆为原则，对所构建的四种输出特性贮存退化模型进行趋势分析，选出符合原则的输出特性。
9.根据权利要求1所述的电磁继电器触簧系统贮存退化表征参数的确定方法，其特征在于，在判断选定外特性的仿真退化数据与触簧系统贮存退化状态数据的线性相关性，确定所选定的输出特性是否为电磁继电器触簧系统贮存退化表征参数的步骤中，是计算选定的输出特性对应的仿真退化数据与触簧系统贮存退化状态数据的线性相关系数，当线性相关系数的绝对值大于0.8时，则确定所选定的输出特性为电磁继电器触簧系统贮存退化表征参数。
10.根据权利要求1所述的电磁继电器触簧系统贮存退化表征参数的确定方法，其特征在于，所述电磁继电器设计参数包括继电器本身及其零部件的尺寸、公差、材料属性。
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