[發明專利]一種基于NSGA-Ⅱ算法的Swiss整流器多目標優化設計方法

有效

• 申請號: 201910729666.3
• 申請日: 2019-08-08
• 公開（公告）號: CN110633494B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 顏景斌;沈云森
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: G06F30/373
• 分類號: G06F30/373;G06F30/27;G06N3/00
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 安琪

本發明提出了一種基于NSGA?Ⅱ算法的Swiss整流器多目標優化設計方法，屬于整流器參數優化設計技術領域。步驟1、確定優化的元器件并進行功率和體積建模；步驟2、定義目標函數；步驟3、初始化種群；步驟4、選擇；步驟5，二元錦標賽選擇；步驟6，交叉；步驟7，變異；步驟8，父代種群和子代種群合并，獲得第一代種群；步驟9，利用父代種群和子代種群形成種群；步驟10、達到最大進化代數gen；步驟11，輸出Pareto最優解前沿和參數矩陣，根據所選擇的目標性能指標，得到對應的各決策變量數值，即是優化問題的解，根據各個參數進行元器件的選擇和設計。

技術領域

本發明涉及一種基于NSGA-Ⅱ算法的Swiss整流器多目標優化設計方法，屬于整流器參數優化設計技術領域。

背景技術

近年來，隨著電力電子器件的廣泛應用，越來越多的關于變換器的研究和優化技術得到了國內外研究人員的高度重視，各種高效、新穎的整流器拓撲結構和數字控制應運而生，使得電動汽車、新能源技術得到了快速的發展；整流器系統的顯著性能特點就是高頻率、高效率、高功率密度、高功率因數、高可靠性等，伴隨著各種新型電磁材料、電子元器件、變換技術的問世和應用，使得整流器系統向著小體積、高效性、低成本的方向發展。

但是，由于Swiss整流器具有電感等非線性元件，使得整流器系統是一個強非線性系統，且需要優化的元器件參數和性能較多，各個性能之間相互沖突、相互制約，一個性能的提升往往以另一個性能的降低為代價；這使得Swiss整流器這個具有多目標性、不確定性、非線性和多參數性的復雜優化問題在傳統的優化方法中難以實現，以經驗判斷各參數，無法保證其準確性；如何用嚴謹的數學方法選擇合適的器件，處理整流器這種帶有離散變量的多目標優化問題，使其系統綜合性能達到最優，對系統可靠運行和能源的可持續發展具有重要意義；因此，針對Swiss整流器的多目標優化方法勢在必行。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提出了一種基于NSGA-Ⅱ算法的Swiss整流器多目標優化設計方法，該方法有利于對Swiss整流器參數進行優化設計，從而提高整流器的效率和功率密度。所采取的技術方案如下：

一種基于NSGA-Ⅱ算法的Swiss整流器多目標優化設計方法，所述優化設計方法包括：

步驟1、將Swiss整流器基本拓撲電路中的直流電感L、輸出電容C、開關管IGBT和二極管Diode作為影響整流器性能指標的優化變量，并對所述直流電感L、輸出電容C、開關管IGBT和二極管Diode進行功率和體積建模；

步驟2、定義目標函數：以Swiss整流器的效率和功率密度為目標函數，衡量Swiss整流器的性能指標；

步驟3、初始化種群：將種群大小設置為N，最大進化代數設置為gen，決策變量的數量設置為V；然后，對決策變量進行實數編碼，以建立的元器件數據庫為約束條件，輸入各參數變量的上下限；隨機生成N維決策矩陣，將所述決策矩陣的第V+1列和第V+2列作為目標函數數值，最后兩列為非支配層數和擁擠度距離，一個參數向量則對應一個個體或稱為染色體；

步驟4、選擇：設定兩個參數n_i和S_i，n_i為種群中所有個體支配個體i的數目，S_i為個體i所支配的個體集合，采用快速非支配排序判斷矩陣的解的好壞和排序操作；

步驟5，二元錦標賽選擇：設置錦標賽大小為2，匹配池大小為N/2；在初始種群中，隨機選擇兩個個體，比較兩個個體的非支配等級，等級低者放入匹配池中；若等級相同，則比較擁擠度距離，距離大者者保留；若非支配等級和擁擠度距離均相同，則隨機選取一個個體保留，重復本步驟操作，至匹配池中個體為N/2；