基于多目标粒子群算法的高速背板连接器接触件优化设计与研究

发布时间：2019-08-09 18:53

【摘要】：近年来由于航天技术、大数据通讯以及超级计算机等领域的快速发展,对数据传输速度的要求越来越高,高速背板连接器的使用率也越来越高。影响电连接器失效的主要因素为接触失效,因此需要对其接触件的可靠性展开分析研究来提高其可靠性。现阶段国内对高速背板连接器的设计处于起始阶段,其结构还有待优化改进,本文通过改进多目标粒子群算法(Improved multi-objective particle swarm optimization,IMOPSO)对某型号高速背板连接器接触件结构进行优化设计。在该算法中使用了一种新的速度更新公式提高其搜索能力,同时对粒子的速度进行限制,并且使用比例删除策略对超出外部档案的非支配解进行删减以改善结果分布的多样性。在新的速度更新公式中采用了一种余弦递减的动态惯性权重。通过测试函数实验,结果表明本文改进的算法在非支配解的世代距离以及多样性指标上都要优于对比算法MOPSO-CD和MATLAB工具箱中的gamultiobj函数,说明了本文改进算法的有效性。为了对接触件结构进行优化设计,首先需要对其结构与插入力和接触电阻的关系进行分析。通过接触力学相关理论,建立了该接触件公头插入力的理论模型,在该模型中插入力与插入距离和结构尺寸相关,并通过插拔力实验,验证了该理论模型的准确性,同时根据电接触理论分析接触件公头与母头之间的接触电阻与接触件结构尺寸的关系。该连接器原始设计结构的公头最大插入力为0.358N,接触电阻为0.991mΩ,本文使用IMOPSO算法对这两个指标进行改善。电连接器的设计原则要求其最大插入力与接触电阻要尽量小,以此为目标函数并选择相关结构参数为决策变量建立优化数学模型,运用IMOPSO算法对其进行优化求解,得到一组最优解即最优结构尺寸。最后使用有偏好的决策策略(偏向于接触电阻)对所求非支配解进行选择,选出了一个最优结构尺寸。该最优结构的公头最大插入力0.337N,接触电阻为0.935mΩ,均比原始设计值小。因此本文的优化设计改善了高速背板连接器接触件的最大插入力与接触电阻,提高了可靠性,可为高速背板连接器的设计提供理论参考。
【图文】：

电连接器

器（Electrical Connector）是一种重要的电子元器件，其作媒介，在电子系统的两个元件之间提供可分离的链接，而电信号的失真与功率损耗[1]，因此广泛地应用于各种领域通讯、计算机等领域。随着各种电子系统的发展，其组成器作为基础元器件其使用量也将变多，系统中每一个电连个系统的失效。据调查，，70% 的系统故障或失效是由电子设的40% 是因为电连接器的失效所导致的[2,3]，同时电连接器因为接触失效导致[4]。因此，电连接器接触件的可靠性将正常运行，是影响其可靠性的重要因素，国内外很多专家靠性展开研究[5,6]。能的电连接器，其结构也有着很大的不同，但都基本由四个体、接触件、附件[7]，其中最主要的结构是接触件，电能过接触件。对于电连接器，根据其结构和功能等方面的不[8]，如图 1-1 所示。

背板,连接器,插入力,接触电阻

图 1-2 高速背板连接器现今专家学者对高速背板连接器的研究大多集中在对其电气性能的研究，汤茂林[12]、Z. Li[13]等研究分析了高速背板连接器的信号完整性仿真方法和电磁特性A. Brenner[14]分析了连接器结构对信号完整性的影响。对于高速背板连接器其电气性能固然重要，但其机械性能也不能忽视。电连接器的插入力和接触电阻都会影响信号的传输[15]。影响高速背板连接器的接触可靠性的主要因素为接触对施加的插入力和接触电阻的大小。插入力提供建立接触面所需的接触压力，接触电阻阻碍信号与电能传输。接触电阻主要受接触压力大小的影响。接触电阻与接触压力成反相关[16]，而插入力与接触压力是正相关。设计者期望电连接器有较小的接触电阻，这就需要接触压力增大，但这会导致有较大的插入力，而插入力过大将使接触件的磨损更快从而降低电连接器的使用寿命。因此，在设计高速背板连接器的过程中需要综合考虑使其有合适的插入力和接触电阻。插入力与接触电阻是电连接器两个重要的性能[9]。在国军标 GJB1217A-200中对不同类型的电连接器的最大插入力和最大接触电阻有严格的规定。通常，电
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP18;TM503.5

【参考文献】