[發明專利]一種三維亥姆霍茲線圈磁場最優編排標定法

有效

• 申請號: 201910660398.4
• 申請日: 2019-07-22
• 公開（公告）號: CN110596625B
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 黃玉;武立華;萬博文;沈瑩;于強;高俊奇
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01R35/00
• 分類號: G01R35/00;G06F30/27;G06N3/00
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1.一種三維亥姆霍茲線圈磁場最優編排標定法，其特征在于，具體的實現步驟為：

步驟1.以矩陣的條件數為目標函數，在三維亥姆霍茲線圈磁場的可行域內利用人群搜索算法，求解下式所示的最優化問題，得到線圈磁場的最優編排值

式中，B_Im為三維亥姆霍茲線圈磁場分量的最大值；

步驟2.將三軸磁強計陣列基座放置在三軸無磁轉臺臺面上，陣列基座的軸向與三個轉臺轉軸分別對齊并放置在三維亥姆霍茲線圈內部磁場的均勻分布區域；再調整三軸無磁轉臺的三個轉軸，使它們分別與三維亥姆霍茲線圈的三個線圈平面相垂直，三軸無磁轉臺的三個轉軸；

步驟3.首先不給三維亥姆霍茲線圈通電，記錄此時第i個三軸磁強計的測量輸出再向三維亥姆霍茲線圈通以直流電流，使三維亥姆霍茲線圈依次產生三組磁場最優編排值，待穩定后記錄第i個三軸磁強計的第j組測量輸出

步驟4.根據轉臺固定時的第i個三軸磁強計測量輸出和計算出第i個三軸磁強計的軸向比例因子和軸間耦合系數的標定值；

步驟5.保持第三組線圈磁場最優編排值不變，讓陣列繞三軸無磁轉臺的垂直軸，即z軸，旋轉180°使第i個三軸磁強計表頭的x和y軸反向，待穩定后記錄第i個三軸磁強計的測量輸出接著讓陣列繞轉臺的一個水平軸，即x軸，旋轉180°使第i個三軸磁強計表頭的z軸反向，待穩定后再次記錄第i個三軸磁強計的測量輸出

步驟6.計算出第i個三軸磁強計零偏的標定值

步驟7.將和代入下式得到標定后的第i個三軸磁強計對磁場的測量值

2.根據權利要求1所述的一種三維亥姆霍茲線圈磁場最優編排標定法，其特征在于，所述步驟1的具體過程為：

步驟1.1初始化人群規模N_pop、人群個體取值范圍為[-B_Im,B_Im]、最大隸屬度值u_max、最小隸屬度值u_min、權重最大值w_max、權重最小值w_min、最大搜尋代數iter_max；

步驟1.2.根據個體取值范圍，隨機產生一個人群，以為適應度函數，計算人群個體的適應度值，將最小適應度作為全局最佳適應度值f_zbest和個體最佳適應度值f_gbest，其個體作為全局最佳個體x_zbest和個體最佳個體x_gbest；

步驟1.3.計算權重

步驟1.4.計算人群個體的利己方向d_t,ego(t＝1,2,…,N_pop)、人群個體的利他方向d_t,alt和人群個體的預動方向d_t,pro

d_t,ego＝sign(x_t,gbest-x_t)

d_t,alt＝sign(x_zbest-x_t)

式中，f_t,gbest是第t個個體的個體最佳適應度值，f_t,x是第t個個體的適應度值，r_t,ego和r_t,alt都表示[0,1]內隨機常數，x_t,gbest是第t個個體的最佳個體，x_t是第t個個體，sign(·)為符號函數；

步驟1.5.計算f_t,gbest的降序序號I_t,gbest，計算U_t

U_t＝u_t+(1-u_t)r_t,u

式中，u_t＝u_max-(N_pop-I_t,gbest)(u_max-u_min)/(N_pop-1)，r_t,u是[0,1]內隨機常數；

步驟1.6.計算搜索步驟長α_t

式中，δ_t＝ω·|x_zbest-2r_t,pop|，ω＝(iter_max-iter)/iter_max，

步驟1.7.進行位置更新，

x_t＝x_t+α_t·sign(w·d_t,pro+r_t,egod_t,ego+r_t,altd_t,alt)

如果x_t＞B_Im，則x_t＝B_Im；如果x_t＜-B_Im，則x_t＝-B_Im；

步驟1.8.計算位置更新后的個體適應度值，如果其小于個體最佳適應度值，則將其替換成個體最佳個體，其適應度值也替換成個體最佳適應度值；

步驟1.9.如果位置更新后的個體適應度值小于全局最佳適應度值，其替換成全局最佳個體，其適應度值也替換成全局最佳適應度值；

步驟1.10.iter＝iter+1；如果iter＞iter_max，則轉步驟11，否則轉步驟3；

步驟1.11.輸出全局最佳個體，根據全局最佳個體得到線圈磁場的最優編排值