一种负荷开关电磁机构电磁特性的建模方法及计算方法与流程

技术特征：

1.一种负荷开关电磁机构电磁特性的建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)选取影响电磁机构暂态过程的至少六个关键节点，建立各节点输出特性之间的函数关系，确定反映负荷开关电磁机构输出特性与过程变量关系的自定义函数的具体形式；

2)根据负荷开关吸力曲线拐点位置选取m×n个插值节点(U_i,α_j)，其中(U_i,α_j)为电磁机构吸力曲线上某点的电压和衔铁转角，m、n分别代表电压和转角的个数，i∈(1,2,…,m)，j∈(1,2,…,n)；在电磁机构各关键设计参数x_k∈(x₁,x₂,…,x_p)的公差范围内均匀选取q个节点，Δx_kl表示节点l∈(1,2,…,q)处x_k的变化量；

3)应用有限元法计算关键设计参数x_k在(U_i,α_j,Δx_kl)条件下电磁机构的电磁力矩，并通过样条插值方法得到插值节点(U_i,α_j)处各关键设计参数变化量Δx_kl与电磁力矩变化量的关系；

4)在各插值节点构成区域内重新选取至少六个采样点，利用有限元法计算重新选取的采样点处的电磁力矩，并将其作为电磁力矩的实际值，将重新选取的采样点带入步骤1)中确定的自定义函数，以自定义函数的电磁力矩计算值与有限元法计算的实际值之间误差最小为目标函数，计算所述自定义函数中的未知系数，完成负荷开关电磁机构模型的建立。

2.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于：还包括对所建模型的优化过程，具体为：

a)在参数公差范围内重新生成若干随机样本，分别通过有限元方法及步骤4)所确定的模型计算各样本对应的电磁机构输出特性；

b)以有限元方法计算结果作为真实值，对所建模型的误差和精度进行评估，判断是否满足精度要求，如果满足，则完成建模；

c)如果不满足，则基于交互验证序贯采样策略重新获取m'×n'个新样本点(U_i',α_j')，其中i'∈(1,2,…,m')，j'∈(1,2,…,n')，应用有限元法计算x_k在(U_i',α_j',Δx_kl)条件下的电磁吸力矩，并转到步骤4)。

3.根据权利要求1或2所述的建模方法，其特征在于：步骤1)中采用插值法建立各节点输出特性之间的函数关系，表达式为：

$F(U_{i^{\′}},{\mathrm{\α}}_{j^{\′}})=\underset{x_1=U_{i^{\′}0}}{\overset{U_{i^{\′}1}}{\Σ}}\underset{x_2={\mathrm{\α}}_{j^{\′}0}}{\overset{{\mathrm{\α}}_{j^{\′}1}}{\Σ}}F(x_1,x_2)\·h(U_{i^{\′}},{\mathrm{\α}}_{j^{\′}}){|}_{(x_1,x_2)}$

其中，F(U_i',α_j')为(U_i',α_j')处负荷开关电磁机构的输出特性；(U_i',α_j')为任意过程变量节点，位于选定的过程变量节点(U_i'0,α_j'0)、(U_i'1,α_j'0)、(U_i'0,α_j'1)及(U_i'1,α_j'1)所围区域内；为表征各点权系数的插值函数，其数学表达式取决于电磁机构过程变量与输出特性之间的函数关系，且包含关于电压U与转角α的影响系数。

4.根据权利要求1或2所述的建模方法，其特征在于：步骤4)中通过拉丁超立方抽样选取采样点。

5.根据权利要求1或2所述的建模方法，其特征在于：所述步骤4)中目标函数为

$\min Err=\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{\[G_i-F\left(X_i\right)\]}^2}{N}}$

其中，G_i表示N个新采样点中的第i个采样点对应的输出特性的有限元计算结果；F(X_i)为包含未知系数的负荷开关电磁机构的近似模型。

6.根据权利要求2所述的建模方法，其特征在于：步骤b)中所述的对所建模型的误差和精度进行评估的指标为：均方根误差RMSE和复相关系数R²，其计算公式分别为：

$RMSE=\frac{1}{k\stackrel{\‾}{y}}\sqrt{\underset{i=1}{\overset{k}{\Σ}}{(y_i-y_i)}^2}$

$R^2=1-\frac{\underset{i=1}{\overset{k}{\Σ}}{(y_i-y_i)}^2}{\underset{i=1}{\overset{k}{\Σ}}{(y_i-\stackrel{\‾}{y})}^2}$

其中，k为模型验证的样本量，y_i为响应真实值，y_i为由近似模型得到的预测值，为真实响应均值。

7.根据权利要求2所述的建模方法，其特征在于：步骤c)中所述的交互验证序贯采样策略为

$\underset{U_{i^{\′}},{\mathrm{\α}}_{j^{\′}}}{max}F=\{CVE(U_{i^{\′}},{\mathrm{\α}}_{j^{\′}}),min\[d\left(\right(U_{i^{\′}},{\mathrm{\α}}_{j^{\′}}),(U_i,{\mathrm{\α}}_j\left)\right)\]\}$

其中，CVE(U_i',α_j')表示交互验证误差函数，d((U_i',α_j'),(U_i,α_j))表示新样本点与原有样本点的距离，i'∈(1,2,…,m')，j'∈(1,2,…,n')。

8.一种负荷开关电磁机构电磁特性的计算方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)选取影响电磁机构暂态过程的至少六个关键节点，建立各节点输出特性之间的函数关系，确定反映负荷开关电磁机构输出特性与过程变量关系的自定义函数的具体形式；2)根据负荷开关吸力曲线拐点位置选取m×n个插值节点(U_i,α_j)，其中(U_i,α_j)为电磁机构吸力曲线上某点的电压和衔铁转角，m、n分别代表电压和转角的个数，i∈(1,2,…,m)，j∈(1,2,…,n)；在电磁机构各关键设计参数x_k∈(x₁,x₂,…,x_p)的公差范围内均匀选取q个节点，Δx_kl表示节点l∈(1,2,…,q)处x_k的变化量；

3)应用有限元法计算关键设计参数x_k在(U_i,α_j,Δx_kl)条件下电磁机构的电磁力矩，并通过样条插值方法得到插值节点(U_i,α_j)处各关键设计参数变化量Δx_kl与电磁力矩变化量的关系；

4)在各插值节点构成区域内重新选取至少六个采样点，利用有限元法计算重新选取的采样点处的电磁力矩，并将其作为电磁力矩的实际值，将重新选取的采样点带入步骤1)中确定的自定义函数，以自定义函数的电磁力矩计算值与有限元法计算的实际值之间误差最小为目标函数，计算所述自定义函数中的未知系数，完成负荷开关电磁机构模型的建立；

5)将电磁机构各设计参数的变化量及待计算的过程变量节点参数带入步骤4)所确定的模型中进行计算，得到所述过程变量节点的电磁力矩。

9.根据权利要求8所述的一种负荷开关电磁机构电磁特性的计算方法，其特征在于：还包括对所建模型的优化过程，具体为：

a)在参数公差范围内重新生成若干随机样本，分别通过有限元方法及步骤4)所确定的模型计算各样本对应的电磁机构输出特性；

b)以有限元方法计算结果作为真实值，对所建模型的误差和精度进行评估，判断是否满足精度要求，如果满足，则完成建模；

c)如果不满足，则基于交互验证序贯采样策略重新获取m'×n'个新样本点(U_i',α_j')，其中i'∈(1,2,…,m')，j'∈(1,2,…,n')，应用有限元法计算x_k在(U_i',α_j',Δx_kl)条件下的电磁吸力矩，并转到步骤4)。

10.根据权利要求8或9所述的一种负荷开关电磁机构电磁特性的计算方法，其特征在于：所述步骤4)中目标函数为

$\min Err=\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{\[G_i-F\left(X_i\right)\]}^2}{N}}$

其中，G_i表示N个新采样点中的第i个采样点对应的输出特性的有限元计算结果；F(X_i)为包含未知系数的负荷开关电磁机构的近似模型。