[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

说明书

本发明属于磁悬浮驱动永磁织针的动态仿真技术领域，公开了一种电磁‑永磁耦合驱动织针磁场仿真系统及仿真方法，根据几何特性进行励磁线圈的参数设计；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；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；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工位工作模式，形成工作程序。本发明具有参数设置、结果输出、功能选择、特性分析模块，同时将磁场仿真技术和磁悬浮织针控制模块引入该平台，对织针编织轨迹施加不同的控制方案，组建综合控制系统，大幅提高磁悬浮织针编织效率和稳定性。

技术领域

本发明属于磁悬浮驱动永磁织针的动态仿真技术领域，尤其涉及一种电磁-永磁耦合驱动织针磁场仿真系统及仿真方法。

背景技术

目前，最接近的现有技术：电磁—永磁耦合驱动的织针在工位编织过程中存在着电、磁、热、力等非线性耦合关系，这些非线性耦合因子随时间、工位的变化而实时改变，是一种复杂的非线性运动过程。

传统电磁场分析大都以静态设计、近似计算、经验参数为主，主要依赖于Ansys、Adams等大型软件，计算复杂，可视化效果一般，且只能对常规工况做理论分析，无法为特定场景进行专业定制，无法显示专业客户所需要的织针实时工位编织情况。同时，Ansys计算种类繁多，结构各异，无法为计算机控制软件进行二次开发。

从磁悬浮技术的应用领域来看，磁悬浮技术的主要应用形式有三种：利用永磁体、超导电磁、常导电磁做为电磁装置。绝大部分都是采用导磁体铁及其合金作为被悬浮物体，而利用电磁—永磁悬浮之间的电磁吸引力和斥力来实现悬浮的方式较少，导致无法实时高速控制悬浮物体，无法对悬浮运动物体进行反馈和校正。因此，在分析电磁—永磁悬浮理论就必须从最基本的电磁耦合驱动理论入手，建立此种模式的耦合磁场及电磁力计算模型。

综上所述，现有针织圆机编织技术存在的问题是：

(1)传统织针由于机械传动模式，编织速度、效率以及编织精密程度等受到限制，没有采用新型电磁—永磁耦合驱动织针及结构，也没有结合针织装备提花工艺，造成不能实现“非接触式零损耗”的织针编织。

同时现有技术没有将磁场仿真技术和磁悬浮织针控制模块引入该平台，对织针编织轨迹施加不同的控制方案，组建综合控制系统，造成磁悬浮织针编织效率低和稳定性差。

同时现有技术没有将磁场仿真技术和磁悬浮织针控制模块引入驱动平台，对织针编织轨迹施加不同的控制方案，组建综合控制系统，造成磁悬浮织针编织效率低和稳定性差。

(2)传统纺织装备效率低、能耗高、环境污染严重，本专利技术采用新的磁悬浮驱动织针理论及选针控制方法，设计了全新的编织模式和装备架构，大幅度降低系统能耗，实现针织装备的精密、高速、高效及关键器件灵活配置技术。

(3)解决上述技术问题的难度在于：需要结合悬浮驱动织针运动轨迹(三工位：成圈、集圈和浮线)工艺原理，建立电磁—永磁驱动织针的“三工位”模型，通过改变电磁装置中加载电流的大小、方向、波形等模型数据及控制算法，改变织针轴向上升的高度和运动的速度，加载连续的驱动相关参数实现织针连续提花编织，实现织针的全程可控。同时还需考虑电磁场耦合、线圈发热等干扰因素对织针沿轴向悬浮的影响。

基于磁悬浮技术解决上述技术问题，其意义在于：将电磁—永磁耦合驱动理论与技术应用于针织装备，以可控的电磁驱动模式控制织针进行编织，从基本原理上提高针织机械的编织效率与性能指标。基于电磁—永磁耦合驱动织针磁场仿真平台的设计，整个“三工位”编织过程可全程控制，其成果也适用电脑提针提花大圆机、多功能电脑横机、电脑袜机、电脑调线圆纬机等针织机械核心控制器，具有十分重要的理论与产业化应用前景。

发明内容