[发明专利]一种电磁-永磁耦合驱动织针磁场仿真系统及仿真方法

权利要求书

1.一种电磁-永磁耦合驱动织针磁场仿真方法，其特征在于，所述电磁-永磁耦合驱动织针磁场仿真方法包括以下步骤：

步骤一，根据几何特性进行励磁线圈的参数设计；所述励磁线圈的参数包括励磁线圈的线圈绕组、线圈内径、外径、线径、高度、匝数和通风结构；

步骤二，根据磁场仿真磁感应强度，建立励磁线圈—永磁耦合磁场计算模型；

步骤三，建立励磁线圈—永磁耦合磁场参数变化模型，设置耦合磁场仿真模型的优化目标和优化方法；

步骤四，从仿真结果中根据优化目标确认控制参数，建立磁场控制永磁织针三功位工作模式，形成工作程序；

在步骤二中根据磁场仿真磁感应强度，建立励磁线圈—永磁耦合磁场计算模型的方法包括：

(1)根据电磁线圈的结构及主要尺寸，建立静态三维瞬态磁场数学模型；

(2)根据永磁织针实际结构及实际尺寸，建立永磁织针磁化后的内禀磁场的三维磁场数学模型；

永磁织针磁化后的内禀磁场B_内禀磁场＝μ₀(H+M)，其中H和M分别是磁场强度和磁化强度，μ₀为真空磁导率；对于磁导率为μ，半径为l的圆柱形永磁织针，轴线处的电流为I，则：

同时：对于钕铁硼材料的织针，磁化率χ_m为1.03；

(3激励磁场与内禀磁场相互作用建立场路模型，B＝B_激励磁场+B_内禀磁场，共同驱动永磁织针的三功位编织；根据激励输入电流的变化和阻抗分析，建立实际永磁织针驱动力学计算模型，计算时忽略线圈端部磁漏；

在步骤三中建立励磁线圈—永磁织针耦合磁场参数变化模型，设置耦合磁场仿真模型的优化目标和优化方法中，在解永磁织针动态力学方程时，采用静态磁场、耦合磁场方程以及执行织针的牛顿力学运动方程的联立求解；

具体包括：

计算初始状态电磁力，将该电磁力作为驱动载荷，通过动力学模型，计算得到下一个时刻的位移、速度、加速度运动参数；将得到的运动参数返回到动态过程中，再计算下一个时刻的磁场驱动；

通过反复迭代交互，得到整个永磁织针动态过程；

在步骤四中从仿真结果中根据优化目标确认控制参数，建立磁场控制永磁织针三功位工作模式，形成工作程序中，具体包括：

1)通过电磁力和场计算模型计算磁链、电流、励磁线圈内径、外径、线径参数，计算励磁线圈磁场分布强度，提取永磁织针在任意三功位的位移、速度、加速度参数，对编织功位及场强信号进行仿真分析；

2)获取永磁织针在任意功位的位移、速度、加速度参数后，查询设定磁场参数及磁感应强度，获得当前最优驱动参数；

3)基于当前最优驱动参数，三功位驱动控制模块给出驱动电流大小、脉冲频率、启停加减速时刻控制指令，对励磁线圈进行激励，驱动织针实现三功位的编织；

并通过传感器定时检测功位编织效果，若完成编织效果良好，则继续后续工作；否则，三功位驱动控制模块重新选择当前最优驱动参数，给出控制指令，进行三功位的重新设计。

2.如权利要求1所述的电磁-永磁耦合驱动织针磁场仿真方法，其特征在于，迭代交互的方法具体包括：

设置磁悬浮织针初始位置，永磁织针受到的励磁线圈电流的驱动，即将开始触发三功位编织，根据磁链、电流参数，计算当前时刻电磁力，并将该电磁力和加速度作为载荷加载到永磁织针三功位运动模型中，计算得到下一单元时刻的位移、速度、加速度运动参数；

判断结束的标志是永磁织针是否到达最高编织功位形成编织动作，若未结束，则将运动参数返回电磁力和场计算模型中，通过反复迭代交互，得到永磁织针三功位运动过程。