基于Ansoft及AMESim的电磁铁动态特性仿真分析_王扬(精)

2008年 9月第 36卷第 9期

机床与液压

MACH I N E T OOL &HY DRAUL I CS

Sep 12008

Vol 136No 19

收稿日期 :2007-12-10

基金项目 :国家自然科学基金资助项目 (50675203

作者简介 :王扬彬 , 男 , 浙江大学机械电子工程专业硕士研究。电话 :0571-********-247, E -mail:wybhangzhou @

yahoo 1com 1cn, zdyb wang@1631com 。

基于 Ans oft 及 A MESim 的电磁铁动态特性仿真分析

王扬彬 , 徐兵 , 刘英杰

(浙江大学流体传动及控制国家重点实验室 , 浙江杭州 310027

摘要 :介绍了电磁铁及电磁阀的结构及工作原理 , 建立了基于 Ans oft 的电磁铁仿真模型和基于 AMESi m 的电磁阀整体仿真模型。通过将电磁铁 Ans oft 模型分析结果导入 AM ESi m 仿真模型中 , 、 , 获得比较准确的电磁铁动态特性仿真结

果 , 。

关键词 :Ans oft; AMESi m ; 电磁铁 ; 耦合中图分类号 :TH13717文献标识码 ::-( --2

ynam i c Character isti cs

Soleno i d Ba sed on An soft and AM ES im

WANG Yangbin, XU B ing, L IU Yingjie

(The State Key Laborat ory of Fluid Power Contr ol and Trans m issi on, Hangzhou Zhejiang 310027, China

Abstract:The mechanical configurati on and work p rinci p le of the s olenoid valve were described . The si m ulati on model of the s o 2lenoid based on Ans oft and the entire si m ulati on model of the s olenoid valve based on AM ESi m were built . The si m ulati on result of the Ans oft s olenoid model was made use of in building the AMESi m s olenoid valve model . The coup le si m ulati on of electr omagnetic cir 2

cuit, mechanical components and hydraulic system was realized, the more p recise dynam ical characteristic si m ulati on results of the

s olenoid were obtained .

Keywords:Ans oft; AMEsi m ; The s olenoid; Coup le

0概述

随着电子技术、计算机技术、控制技术的迅速发展 , 电液控制技已经能够完成各种复杂的控制。具有高可靠性的电磁阀由于其在价格上的优势 , 广泛应用在智能控制、无线控制等领域。电磁铁作为电磁阀的电液转换执行器 , 其动静态性能直接影响电磁阀的性能 , 如何合理简便地设计出满足性能要求的电磁铁 , 是设计人员需要解决的首要问题。早期的电磁铁设计主要是通过大量的试验测试来完成 , 耗费较大的资源 , 研发周期也较长。

随着仿真技术的日渐成熟 , 各类专业仿真软件已经成为公司研发产品、缩短

产品研发周期必不可少的分析设计软件。但各仿真软件都有一定的应用范围 , 同

时各专业仿真软件的侧重点也不同。电磁仿真软件 Ans oft 和系统仿真软件AMESi m , 二者在电磁铁设计上的功能结构不同 , 但却具有很强的互补性。 AMESi m 能够根据电磁铁的结构参数便捷地构建整个电磁铁乃至整个电磁

阀的仿真模型 , 但其电磁铁模型基于磁路理论构建 , 准确性降低 ; 而 Ans oft 是基于物理原型的有限元建模分析 , 在电磁方面能够提供比较准确的电磁仿真结果 , 但系统分析能力不强 , 不能进行强耦合分析。

笔者综合两仿真软件的分析优势 , 将 Ans oft 的电磁铁分析仿真结果编成AMESi m 系统仿真时可调用的数据表格 , 对整个电磁阀进行建模分析 , 来获得电

磁铁的动态响应结果。由于综合了两仿真软件的优点 , 使得仿真数据更为准确 , 因而对设计人员改进电磁铁的性能 , 能够起到一定的指导作用。

1电磁阀系统模型的建立

笔者研究的电磁阀是液压支架上比较常用的电液控制基本元件 , 该阀为开关电磁铁驱动的二位三通电磁阀 , 其结构如图 1所示。当输入控制电压信号后 , 电磁铁得电 , 电磁铁输出电磁力经缓冲器后推动阀芯运动 , 使阀口打开同时关闭回油口 T, 液压油进入负载口 A; 当切断电压信号后 , 电磁铁失电 , 在复位弹簧的作用下 , 使

阀口关闭的同时打开回流口 T 。其主要结构如图 1

所示。

图 1电磁阀结构图

111电磁铁模型

11111电磁线圏回电路方程

U =IR +d

Φ/d t (1 式中 :U 、 I 、 R 、Φ分别为电源电压 (V 、线圈中电流 (A 、回路电阻(Ω 、磁路磁链 (W b 。

式 (1 中Φ是电流 I 和行程 x 的函数 , 可表示为Φ=φ(N , I, x (2 式中 :N 为线圈匝数。 11112 F =m (d 2

x /d t 2

+F f (x d 3

式中 :m 为电的 (kg ; x m ; F 为电磁铁输出力 (N ; F f (x , F f d x /d 分别为与运动部分的位移和速度有关的反作用力

(N 。 11113电磁铁吸力方程