دانلود شبیه سازی مقاله مدل توزیع میدان مغناطیسی در شکاف هوایی شتاب سنج کوارتز

پروژه متلب شتاب سنج کوارتز

«شتاب سنج انعطاف پذیر کوارتزی» (QFA) بخاطر بایاس (سوگیری عالی)، ضریب مقیاس و پایداری همراستایی محوری، کاربرد گسترده ای در سیستم های ناوبری اینرسیال، سیستم جهت گیری ناوبری، سیستم مرجع ارتفاع و سیستم جهت گیری حفاری نفت و غیره، دارد و عملکرد آن مستقیماً بر دقت اندازه گیری و پایداری سیستم ها تاثیر می گذارد. یک «شتاب سنج تعادل مجدد نیرو» که قسمت مهمی از QFA می باشد، یک گشتاور دهنده «مغناطیس دائم» (PM) است که برای وادار کردن «جسم اثبات» (proof mass) به برگشتن به موقعیت خنثی در تحلیل حساسیت، مورد استفاده قرار می گیرد. بنابراین، QFA نیز یک مبدل فیدبک مغناطیسی-الکتریکی است که می تواند بطور خودکار موقعیت تعادلی خود را بدست آورد تا به دقت بالاتر و دامنه اندازه گیری گسترده تری دست پیدا کند. این گشتاور دهنده PM شامل آهنربا، قطب ها، یوغ آهنی و پیچه های گشتاور می باشد. علی الخصوص اینکه این پیچه ها به صورت هم مرکز در شکاف هوا واقع شده اند، جایی که میدان مغناطیسی بوسیله مسیر بازگشت مغناطیسی تولید می شود. داشتن دانش تفصیلی در مورد توزیع میدان مغناطیسی در شکاف هوا به ارزیابی عملکرد متوازن سازی مجدد کمک می کند و علاوه بر آن، دقت را تعیین می کند، بنابراین برای طراحی و بهینه سازی QFA ها، اهمیتی اساسی دارد. با این حال، پژوهش های اخیراً انجام شده در مورد QFA عمدتاً بر جبرانسازی دمایی، دریفت پارامتری، نویز زدایی سیگنال و تنش پسماند تمرکز داشته اند و توجه کافی به میدان مغناطیسی نداشته اند. بنابراین، در این پروژه، مدلی تحلیلی برای بحث در مورد توزیع میدان مغناطیسی در شکاف هوای QFA، پیشنهاد می دهیم. میدان مغناطیسی شکاف هوای درون QFA را می توان با روش تحلیل مدار مغناطیسی و تحلیل المان متناهی (FEM)، تعیین نمود. هر دو روش، مبنایی نظری برای طراحی گشتاور دهنده PM، فراهم می کنند. با این حال، روش تحلیل مدار مغناطیسی نمی تواند اثرات شیاربندی (slotting) را مدنظر قرار دهد و انجام FEM نه تنها زمان زیادی صرف می کند بلکه برای طراحی نیز انعطاف پذیری ضعیفی دارد. برای اطمینان حاصل کردن از اینکه نیرو در راستای محور حساس است، یک شیار در یوغ آهنی وجود دارد، زیرا محور حساس از مرکز هندسی QFA عبور نمی کند. بنابراین، گشتاور دهنده PM، یک ساختار تقارن کافی برای بکارگیری روش تحلیل مدار مغناطیسی ندارد. خوشبختانه، میدان مغناطیسی شکاف هوا همراه با اثرات شیارگذاری را می توان بوسیله چندین روش شامل روش های تحلیلی و نیمه تحلیلی ارزیابی نمود که اینها اغلب در تحلیل موتورهای PM و یاتاقان های PM، مورد استفاده قرار می گیرند. در اینجا، یک روش تحلیلی به نام روش حوزه فرعی برای محاسبه توزیع میدان مغناطیسی در شکاف هوای گشتاور دهنده QFA، معرفی می شود تا این روش بتواند دانشی تفصیلی برای طراحی فراهم کند. این روش از یک مجموعه معادلات دیفرانسیل جزئی از نظر پتانسیل مغناطیسی اسکالر استفاده می کند تا رفتار میدان را توصیف کند و این جواب بوسیله تفکیک متغیرها و شرایط مرزی، تعیین می شود. همچنین دقت روش پیشنهادی با FEM و تعدادی نتیجه تجربی، تایید می شود. هدف این مقاله، پیشنهاد یک مدل تحلیلی برای توصیف توزیع میدان مغناطیسی در شکاف هوای QFA است که می تواند به سرعت ضریب مقیاس QFA را ارزیابی کند و به طراحی گشتاور دهنده آن قبل از ساخت، کمک کند. تا آنجا که می دانیم، این اولین بار است که یک روش تحلیلی برای تحلیل میدان مغناطیسی در QFA ها مورد استفاده قرار می گیرد.

این شبیه سازی در محیط نرم افزار متلب (MATLAB) انجام شده است. در ادامه تعدادی از تصاویر خروجی مربوط به شبیه سازی ها قرار داده شده است:

در این پروژه، یک روش تحلیلی برای محاسبه توزیع میدان مغناطیسی شکاف هوا در شتاب سنج های انعطاف پذیر کوارتزی، مطرح می شود. معادلات لاپلاس و پواسون در مختصات قطبی بوسیله روش تفکیک متغیرها و تحلیل شرایط مرزی در حوزه های شیار، شکاف هوا و PM، حل می شوند. مدل پیشنهادی در این مقاله، بوسیله روش المان محدود و بررسی تجربی اولیه اعتبار یابی شده است و می توان از آن به عنوان یک تخمینگر عملکرد بازتعادل و ضریب مقیاس، استفاده نمود. بنابراین، این روش برای کار به عنوان یک ابزار طراحی و بهینه سازی برای شتاب سنج های انعطاف پذیر کوارتزی و دیگر حسگرهای مغناطیسی مشابه، نویدبخش می باشد.