选择性保护式微型断路器的节点模型智能体建模及非线性动力学特性优化研究

Selective miniature circuit breaker (SMCB), a new type of switch electrical appliance is developed to overcome the miniature circuit breaker's shortcoming of override trip. It has the important theoretical significance and engineering application value to research the design theory and operation actuator and electromagnetic actuator and the optimization technology of the nonlinear dynamics motion characteristics. This project proposes a new type of SMCB structural form of contact linkage actuator and electromagnetic actuator. The rigid dangerous region of operational actuator is constructed to search for the equivalent transformation of dangerous region node model and optimize the driving environment of friction force. The discrete model of flexible body torsion spring of contact linkage actuator is constructed, which explores the dynamic balance mechanical properties of torsion spring by analyzing the different modal torque distribution. The optimal electromagnetic topological structure form is put forward so as to establish the multi-field coupling mathematical model, carry out the multi-target electromagnetic optimization design and control the action threshold point and mechanical characteristics. The multi-agent adaptive theoretical model and interactive feedback platform are established to optimize the nonlinear dynamics characteristics of contact linkage actuator and electromagnetic actuator and explore the force-energy properties and coordination rules. The experimental test platform is built so as to verify the theoretical analysis result and the optimization algorithm. The implementation of this project will lay the solid foundation of theory and technology for the development of SMCB.

选择性保护式微型断路器（SMCB）是为克服微型断路器（MCB）越级跳闸缺点而发展起来的一种新型开关电器，研究其操作机构和电磁机构优化设计理论及其非线性动力学运动特性优化技术具有重要理论意义和工程应用价值。 本项目提出了一种SMCB的新型触头连杆机构和电磁机构的结构形式，构建操作机构的刚性危险区域，寻求危险区域节点模型的等效变换，优化摩擦力的驱动环境；创建触头连杆机构柔性体扭簧的离散性模型，分析不同模态下的力矩分布，探求扭簧动态平衡力学特性；提出最佳电磁拓扑结构形式，建立多场耦合数学模型，开展多目标电磁优化设计，控制电磁机构的动作阈值点和出力特性；建立多智能体（Multi-Agent）的自适应理论模型及交互反馈平台，优化连杆机构和电磁机构的非线性动力学特性，探寻力能特性协调配合规律。搭建实验测试平台，验证理论分析结果和优化算法。本项目的开展将为SMCB的发展奠定坚实的理论和技术基础。

在终端配电系统中，级联配合的微型断路器在出现短路故障时会发生越级跳闸现象，极大地影响了供电系统的连续性和可靠性。选择性保护式微型断路器就是为克服这一问题而发展起来的一种新型低压开关电器。基于此，本项目（1）建立选择性保护式微型断路器的合分闸过程与脱扣过程的受力数学模型，构建四连杆操作机构运动轨迹模型，搭建操作机构运动过程的Matlab、Adams仿真平台，分析操作机构运动过程的力能分布和操作机构各连杆机构的传动性能。利用量子粒子群算法优化分析操作机构的性能参数，获得最优操控性能的操作机构结构模型。（2）建立操作机构接触面离散型节点模型的动力学方程，研究节点模型非线性动力学等效分析方法，确立外部驱动力与机械部件间的接触面之间关系及设计方法，精确地预测操作机构的运动特性。（3）研究微型断路器电磁机构的承载扭簧受力模型原理，分析短路电流作用于主触头、辅助触头时永磁结构的电磁机构运行机理，提出适用于微型断路器的电磁拓扑结构形式，分析电磁机构的磁场分布规律，确定合理的承载扭簧支架和电磁结构形式和尺寸参数。（4）搭建多体耦合系统的联合仿真平台，以电磁机构体积、运动速度等指标为目标参数，开展多目标电磁设计与动态优化，在提高电磁机构瞬间力能特性的基础上，减小体积和重量，优化控制电磁机构的动作阈值点和出力特性。（5）建立了多智能体的智能数控编程的交互反馈平台，构建了非线性接触区域智能编程模型，确立了一种标准的工艺模板方法，突出个体加工对象的编程单元自主性与系统整体性能的自组织能力。研究微型断路器的智能脱扣器，实现对故障等信号的实时采集和智能脱扣；研究微型断路器的集总远程测控技术，实现对断路器开关状态及计量参数等信息的集总采集和远程控制。本项目的开展为选择性保护式微型断路器的发展提供了坚实的理论和技术基础。