[發(fā)明專利]一種鐵磁材料磁滯特性仿真中的JA模型參數(shù)優(yōu)化自適應(yīng)遺傳算法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710797946.9
• 申請日: 2017-09-06
• 公開（公告）號: CN107515992A
• 公開（公告）日: 2017-12-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 魯海亮;陳懷飛;藍磊;文習(xí)山
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙)42222
• 代理人: 魯力

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電氣工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鐵磁材料磁滯特性仿真中的JA模型參數(shù)優(yōu)化自適應(yīng)遺傳算法。

背景技術(shù)

變壓器繞組的直流電流在鐵心磁路中產(chǎn)生直流磁化強度，由于變壓器鐵心的磁滯特性，直流磁化強度與交流磁化強度相互影響，造成交流磁化強度發(fā)生變化，產(chǎn)生直流偏磁現(xiàn)象。鐵心的磁滯特性研究是變壓器直流偏磁研究的關(guān)鍵所在。由于目前磁學(xué)的理論發(fā)展尚不完備，對磁滯現(xiàn)象的解釋模型并不多，JA模型是應(yīng)用較為廣泛的一種種。JA模型運用磁疇壁的概念將磁疇磁化過程分解成具有摩擦效應(yīng)不可逆分量Mirr和彈性可逆分量Mrev，利用修改的朗之萬函數(shù)描述磁化強度M與磁場強度H之間的關(guān)系，并最終獲得磁感應(yīng)強度B與H之間的關(guān)系。JA模型可以較好地描述磁滯現(xiàn)象，但是其模型較為復(fù)雜，依靠5個參數(shù)的不同取值來區(qū)別不同材料具有的不同磁滯特性。在JA模型應(yīng)用中，模型中包含的5參數(shù)的精確取值是關(guān)鍵所在，而且較為困難。對此，國內(nèi)外學(xué)者提出了多種優(yōu)化算法，但存在兩個方面的問題，一是對優(yōu)化效果的度量方式不恰當，二是這些算法多是針對硬磁材料和超磁致伸縮材料的，少有針對變壓器硅鋼片這樣的軟磁材料的。

在已知某種鐵磁材料磁滯回線條件下，必須確定適合的JA模型的參數(shù)，使仿真計算得到的磁滯回線與已知磁滯回線吻合。JA模型參數(shù)的求取問題實際上是一個5維空間內(nèi)的非線性優(yōu)化問題，本發(fā)明提出一種JA模型參數(shù)優(yōu)化自適應(yīng)遺傳算法來解決此問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對同鐵磁材料的不同磁滯回線，提供一種適用于確定對應(yīng)的JA模型參數(shù)的優(yōu)化自適應(yīng)遺傳算法。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，在JA模型參數(shù)優(yōu)化過程中，將一組JA模型參數(shù)作為個體，個體包含有5個基因座，分別對應(yīng)JA模型的五個參數(shù)，多組JA模型參數(shù)構(gòu)成種群。個體適應(yīng)能力由對應(yīng)的仿真所得磁滯回線與已知磁滯回線的吻合程度決定。對種群進行適當?shù)倪z傳操作，直至得到較優(yōu)的一組參數(shù)。

具體是：

一種鐵磁材料磁滯特性仿真中的JA模型參數(shù)優(yōu)化自適應(yīng)遺傳算法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、以磁滯回線上等距的N個點作為回線的“特征點”，通過計算仿真磁滯回線與已知磁滯回線間對應(yīng)特征點距離之和來描述吻合程度，并作為吻合程度的評價函數(shù)；

步驟2、采用實數(shù)表示JA模型的各個參數(shù)；考慮到計算機通過產(chǎn)生0～1之間的隨機數(shù)來創(chuàng)建初始種群的各個個體，并且為便于交叉和變異算子的設(shè)計，對各參數(shù)的編碼范圍均設(shè)定為0～1，即采用歸一化實數(shù)編碼方法；

步驟3、采用比例選擇作為選擇策略，具體執(zhí)行過程為：計算處群體中所有個體的適應(yīng)值總和作為輪盤大小；以每個個體的適應(yīng)值f(X_i)作為該個體在輪盤上占據(jù)區(qū)域的大小，這樣第m個個體在輪盤上占據(jù)的區(qū)域為用計算機產(chǎn)生一個隨機數(shù)δ，若δ×F落在區(qū)間內(nèi)，則第m個個體被選中參與對下一代的遺傳；

步驟4、采用算術(shù)交叉與多點交叉相結(jié)合的交叉算子；

步驟5、針對JA模型參數(shù)優(yōu)化特點，提出了一種變異幅度自適應(yīng)的非均勻變異算子；

步驟6、對個體數(shù)量為P的種群，每一代進行遺傳操作前，先將最優(yōu)個體Ibest保存起來；然后通過選擇、交叉和變異操作，得到P-2個個體；再將保存下來的最優(yōu)個體Ibest和隨機產(chǎn)生的一個新個體Inew加入，這樣構(gòu)成個體數(shù)量為P的新一代種群；

步驟7、對隨機產(chǎn)生的個體計算適應(yīng)值f(X_i)，若適應(yīng)值低于設(shè)定閾值Δf，則放棄此個體，再隨機產(chǎn)生一個個體，直至生成P個適應(yīng)值都大于Δf的個體組成初始種群。

在上述的一種鐵磁材料磁滯特性仿真中的JA模型參數(shù)優(yōu)化自適應(yīng)遺傳算法，所述步驟4具體包括以下子步驟：

步驟2.1、通過選擇得到兩個親代個體后，計算機產(chǎn)生一個隨機數(shù)R_I，若小于個體交叉概率閾值ΔR_I，則對這兩個個體按下式作算術(shù)交叉操作；否則進入下一步；

為子代，為親代，rand為隨機數(shù)；

步驟2.2、針對個體的5個基因座，對應(yīng)產(chǎn)生5個隨機數(shù)(R₁～R₅)，若產(chǎn)生的隨機數(shù)小于基因交叉概率閾值ΔR_g，則對應(yīng)基因座作算術(shù)交叉，否則對應(yīng)基因座保持不變。