基于MATLAB的电磁振动仿真分析
发布时间：2021-09-29 02:32
针对振动摩擦焊接机在焊接过程中的外激振力幅值确定较为困难的问题,对振动摩擦焊接机中的电磁振动原理、电磁力计算、电磁力仿真分析等方面进行研究,对静态进程模式下正余弦信号与电磁力之间关系进行归纳,提出一种基于MATLAB的电磁振动仿真分析方法。结合电磁振动学和牛顿运动学方法综合建立简化的电磁力理论推导,借用MATLAB分析正弦和余弦对电磁力的影响规律,利用振动摩擦焊接试验台对所建立的电磁力理论推导方法进行实验验证。研究结果表明,当输入正弦信号,时间为0.002 5s时,电磁力最大值为400N;当输入余弦信号,时间为0.002 6s时,电磁力最大值为556.080 0N,从而为振动摩擦焊接机的外激振力及其频率确定提供了依据。
【文章来源】：软件导刊. 2020,19(10)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
振动摩擦焊接阶段时间t/s
6）公式（5）、（6）中，BZC为在电磁场单位面积磁感应分布密度，nZC0为电磁场单位面积法向量，μZC为真空磁介质中磁感应分布密度与磁场分布密度的微分比例。2.2静态进程模式电磁力理论分析静态进程模式由单线程导电输入与多线程导电输入组成。在单线程导电输入下，为了使电磁振动系统稳定性强，从物理的角度分析，电磁振动理想结构模型主要分为三相模型结构和四相模型结构［14］，本文采用三相模型结构对静态电磁力进行计算与分析，其模型可简化为平面“E”型电磁机构装置，如图3所示。图3单线程导电的三相电磁模型结构在图3中，以中心虚线为分割线，左右两个结构为对象，显然左右两个电磁机构是根据中心虚线完全中心对称，则电磁机构模型的电流、面积、气隙磁导、电阻等物理参数均是对称的。不妨假设中心虚线左边方向的磁路有效面积为SLC、气隙磁导为ΛC、有效电阻为RC、有效电流为iC1，那么根据电磁模型结构的对称性可得到中心虚线左边方向的磁路面积为SLC=SRC、气隙磁导为ΛCS、有效电阻为RCS、有效电流为iC1=iC2，以中心虚线为基准的中间磁路有效面积SΦCC=SRC2。电磁机构单线程导电电流经过通电线圈，集中绕组铁芯材料上产生的磁通势能为Ni，这种磁通势能与物理学上的机械势能、重力势能、电动势能等原理相似。以中心虚线左边方向磁路作为分析点，由物理学定律可推导得到Ni计算公式为：Ni=H1l1+H2l2=2HC（7）由公式（7）可计算得到磁感应强度BZC为：BZC=μZCH=NiμZC2C（8）由于左侧方向磁路的电路是中心对称的，根据安培右手法则可知，假设磁通量?
：FC=[]cos()2πft2μZCSCN2IM24C2（18）IM=UMcos()2πft2N2πft(ΛC)2+4Λgs2+4ΛgsΛC（19）由公式（18）、（19）可得FC的变形式：FC=FCP[]1+cos()4πft（20）同理，当多线程导电输入为三线程时，FC变形式为：FC=3FCP[]cos()4πft+jsin()4πft（21）3电磁力仿真结果分析当在静态进程模式下进行单线程导电输入时，利用编程软件MATLAB对电磁力分布规律进行仿真，如图5、图6所示。当在静态进程模式下进行多线程导电输入时，利用编程软件MATLAB对电磁力分布规律进行仿真，如图7所示。00.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.0080.0090.01时间t/s400350300250200150100500电磁力Fc/N图5单线程正弦交流电信号下电磁力变化规律00.0030.0040.0060.0080.010.0120.0140.0160.0180.02时间t/s0-100-200-300-400-500-600电磁力Fc/N图6单线程余弦交流电信号下电磁力变化规律00.0030.0040.0060.0080.010.0120.0140.0160.0180.02时间t/s6004002000-200-400-600电磁力Fc/N图7多线程余弦交流电信号下电磁力变化规律在图5、图6中，在正弦和余弦交流电信号下，电磁力大小同步增加，方向刚好相反。当交流电按照正弦规律变化时，电磁力FC曲线走势在0~0.005s内先上升后下降，当时间为0.0025s时，电磁力FC最大值为400N，之后进行周期性变化；当交流电按照余弦规律变化时，电磁力FC曲线走势在0~0.005s内先下降后上升，当时间为0.002
本文编号：3413024
【文章来源】：软件导刊. 2020,19(10)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
振动摩擦焊接阶段时间t/s
6）公式（5）、（6）中，BZC为在电磁场单位面积磁感应分布密度，nZC0为电磁场单位面积法向量，μZC为真空磁介质中磁感应分布密度与磁场分布密度的微分比例。2.2静态进程模式电磁力理论分析静态进程模式由单线程导电输入与多线程导电输入组成。在单线程导电输入下，为了使电磁振动系统稳定性强，从物理的角度分析，电磁振动理想结构模型主要分为三相模型结构和四相模型结构［14］，本文采用三相模型结构对静态电磁力进行计算与分析，其模型可简化为平面“E”型电磁机构装置，如图3所示。图3单线程导电的三相电磁模型结构在图3中，以中心虚线为分割线，左右两个结构为对象，显然左右两个电磁机构是根据中心虚线完全中心对称，则电磁机构模型的电流、面积、气隙磁导、电阻等物理参数均是对称的。不妨假设中心虚线左边方向的磁路有效面积为SLC、气隙磁导为ΛC、有效电阻为RC、有效电流为iC1，那么根据电磁模型结构的对称性可得到中心虚线左边方向的磁路面积为SLC=SRC、气隙磁导为ΛCS、有效电阻为RCS、有效电流为iC1=iC2，以中心虚线为基准的中间磁路有效面积SΦCC=SRC2。电磁机构单线程导电电流经过通电线圈，集中绕组铁芯材料上产生的磁通势能为Ni，这种磁通势能与物理学上的机械势能、重力势能、电动势能等原理相似。以中心虚线左边方向磁路作为分析点，由物理学定律可推导得到Ni计算公式为：Ni=H1l1+H2l2=2HC（7）由公式（7）可计算得到磁感应强度BZC为：BZC=μZCH=NiμZC2C（8）由于左侧方向磁路的电路是中心对称的，根据安培右手法则可知，假设磁通量?
：FC=[]cos()2πft2μZCSCN2IM24C2（18）IM=UMcos()2πft2N2πft(ΛC)2+4Λgs2+4ΛgsΛC（19）由公式（18）、（19）可得FC的变形式：FC=FCP[]1+cos()4πft（20）同理，当多线程导电输入为三线程时，FC变形式为：FC=3FCP[]cos()4πft+jsin()4πft（21）3电磁力仿真结果分析当在静态进程模式下进行单线程导电输入时，利用编程软件MATLAB对电磁力分布规律进行仿真，如图5、图6所示。当在静态进程模式下进行多线程导电输入时，利用编程软件MATLAB对电磁力分布规律进行仿真，如图7所示。00.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.0080.0090.01时间t/s400350300250200150100500电磁力Fc/N图5单线程正弦交流电信号下电磁力变化规律00.0030.0040.0060.0080.010.0120.0140.0160.0180.02时间t/s0-100-200-300-400-500-600电磁力Fc/N图6单线程余弦交流电信号下电磁力变化规律00.0030.0040.0060.0080.010.0120.0140.0160.0180.02时间t/s6004002000-200-400-600电磁力Fc/N图7多线程余弦交流电信号下电磁力变化规律在图5、图6中，在正弦和余弦交流电信号下，电磁力大小同步增加，方向刚好相反。当交流电按照正弦规律变化时，电磁力FC曲线走势在0~0.005s内先上升后下降，当时间为0.0025s时，电磁力FC最大值为400N，之后进行周期性变化；当交流电按照余弦规律变化时，电磁力FC曲线走势在0~0.005s内先下降后上升，当时间为0.002
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