磁保持航天电磁继电器（Magnetic Latching Aerospace Electromagnetic Relay, MLAER）具有灵敏度高、发热小、功耗低、体积小等优点，广泛应用于运载火箭、卫星和空间站等航天装备，其性能与质量一致性直接影响航天装备的研发与服役进程。

　　然而，磁保持航天电磁继电器目前仍然是所有航天装备用电子元器件门类中质量与可靠性最差的器件。在近十五年，因元器件性能与可靠性问题导致的装备延期与服役故障高达数百项，其中电磁继电器的占比超过一半、磁保持航天电磁继电器排序第一。因此，开展磁保持航天电磁继电器的性能提升与质量一致性优化设计是解决该问题的主要途径。

　　磁保持航天电磁继电器作为“机-电-磁-热”多物理场耦合作用的机电类元器件，准确计算其性能特征是开展优化设计的重要基础与前提。目前，基于有限元技术的虚拟样机仿真是计算磁保持航天电磁继电器的主要方法。该方法忽略了非线性永磁体充、退磁过程中工作点与磁滞回线的变化，使计算结果与设计差距较大。虚拟样机仿真在计算大量样本时存在严重的计算灾，使其难以直接应用于批量产品的质量一致性优化问题。

　　为提高磁保持航天电磁继电器的计算精度与计算效率，学者们提出代理模型方法。该类方法虽然改善了磁保持航天电磁继电器的计算效率，但只是在海量方案中随机遴选满足预设要求的设计方案。因此，该方法仍未获得设计参数组合与磁保持航天电磁继电器性能特征间的作用机制，在工程应用上存在一定的局限性。

　　针对传统方法难以适用于磁保持航天电磁继电器性能提升与质量一致性设计的问题，哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院的陈昊、叶雪荣、梁慧敏与翟国富，在2023年第4期《电工技术学报》上撰文，提出一种适用性强、可用于各类电磁继电器寻优过程的质量特征计算和一致性多目标设计方法。

　　研究人员使用S-W方法根据磁保持航天电磁继电器中永磁体的实际工作点计算磁偶极子的矢量化信息，再将这些信息代入到Preisach方法计算永磁体的局部磁滞回线模型。在电磁系统模型中考虑永磁体的局部磁滞回线模型，计算磁保持航天电磁继电器的电磁吸力（矩）与磁链。在多体动力学软件中建立触簧系统后，导入电磁吸力（矩）复现继电器的动作过程。利用电磁系统模型与机械反力（矩）计算模型间的数据交互，完成磁保持航天电磁继电器的整体虚拟样机模型。

　　在代理模型中，在继电器各设计参数的允许范围内均匀抽样组装虚拟样本，使用虚拟样机模型计算各虚拟样本的性能特征。通过模糊混沌展开代理方法获得各设计参数与性能特征间的数学关系，作为代理模型的基函数。使用最速曲率方法计算强非线性性能特征误差较大的位置，以其对应的设计参数组合制造实物样机。

　　研究人员以实物样机实测值与基函数计算值的差值作为插值节点，通过径向基函数方法得到误差补偿函数。至此，模糊混沌展开基函数与径向基误差补偿函数共同组成磁保持航天电磁继电器的性能特征代理模型。

　　在优化模型中，以吸反力配合特征与分断动能为内核，分析磁保持航天电磁继电器性能特征和质量一致性的形成机制。据此建立可同步解决衔铁中位、动作电压超差、电寿命不足和质量一致性问题的多目标优化模型。与此同时，采用多种群策略、自适应种群权重及小生境思想，保证性能提升与质量一致性设计的精度和效率。

　　研究人员的分析结果表明，该方法适用于各类磁保持航天电磁继电器的建模与迭代寻优设计。在虚拟样机建模方面，计算值与实测值间的最大误差为5.01%；在代理模型方面，预测结果与实测值间的最大误差控制为6.72%，且计算时间缩短至虚拟样机模型的1%；在多目标优化设计方面，静合触点分断速度较优化前提升了16.8%，同时将该继电器的质量一致性提升了40%。

　　本文编自2023年第4期《电工技术学报》，论文标题为“磁保持型航天电磁继电器性能提升与质量一致性设计”。本课题得到国家自然科学基金资助项目的支持。