极化磁系统参数优化设计方法的研究doc14

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极化磁系统参数优化设计方法的研究
摘 要：永磁继电器是一种在国防军事、现代通信、工业自动化、
电力系统继电保护等领域中应用面很广的电子元器件，其极化磁
系统的参数优化设计是实现永磁继电器产品可靠性设计的前提
工作之一。该文采用六因素三水平多目标的正交试验设计方法，
分析并研究了极化磁系统的参数优化设计方法。在永磁继电器产
品设计满足输出特性指标要求的前提下，给出了输出特性值受加
工工艺分散性影响而波动最小的最佳参数水平组合。

1 引言
具有极化磁系统的永磁继电器具有体积小、重量轻、功耗
低、灵敏度高、动作速度快等一系列优点，是被广泛应用于航空
航天、军舰船舶、现代通信、工业自动化、电力系统继电保护等
领域中的主要电子元器件。吸力特性与反力特性的配合技术是电
磁继电器产品可靠性设计的关键技术。在机械反力特性及电磁结
构已知的情况下，如何对电磁系统进行参数优化设计，使得在保
证输出特性值满足稳定性要求的前提下，电磁系统的成本最低，
这是继电器可靠性设计必不可少的前提工作之一。
由于极化磁路的非线性及漏磁的影响，使极化磁系统的输
出特性值（吸力值）与磁系统各参数水平组合之间存在着非线性
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函数关系。在各种干扰影响下，各参数存在一定的波动范围。当
各参数取不同的水平组合时，参数本身波动所引起的输出特性值
的波动亦不相同。由于非线性效应，必定存在一组最优水平组合，
使得各参数波动所造成的输出特性值的波动最小，即输出特性的
一致性最好。极化磁系统参数优化设计的目的就是要找到各参数
的最优水平组合（即方案择优），使得质量输出特性尽可能不受
各种干扰的影响，稳定性最好。
影响永磁继电器产品质量使其特性发生波动的主要干扰因
素有：① 内干扰（内噪声），是不可控因素，如触点磨损、老
化等；② 外干扰（外噪声），亦是不可控因素，如环境温度、
湿度、振动、冲击、加速度等；③ 可控因素（设计变量）加工
工艺的分散性等。其中前两种因素均与产品实际使用环境有关，
这里暂不予考虑，本研究只考虑后者对产品质量特性波动的影
响。
正交试验设计法是实现参数优化设计的重要手段之一，以
往人们在集成电路制造工艺、电火花成型加工工艺、轴承故障诊
断等方面得到了很好应用[1-4]，但大多是采用单一目标函数的正
交试验设计。文献[2]应用正交试验设计法对永磁继电器磁钢尺
寸进行了参数优化设计，但没有采用正交试验设计法对永磁继电
器极化磁系统进行整体优化设计。本文以桥式极化磁系统为例，
采用六因素三水平多目标正交试验设计法对永磁继电器极化磁