[發明專利]一種比例電磁鐵電磁力水平特性多目標優化方法

有效

• 申請號: 202110279721.0
• 申請日: 2021-03-16
• 公開（公告）號: CN112966389B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 歐陽宇文;劉鵬;鄧家福;吳鋼;胡林;劉玉玲;涂洪濤
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/17;G06F111/06;G06F111/04;G06F111/10;G06F119/14
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1.一種比例電磁鐵電磁力水平特性多目標優化方法，其特征在于，具體包括如下步驟：

步驟1、確定設計參數；

步驟2、確定約束條件；

步驟3、定義優化目標函數；

步驟4、構建設計參數與各優化目標之間的函數關系；

步驟5、確定比例電磁鐵電磁力水平特性多目標優化數學模型；

步驟6、求解比例電磁鐵電磁力水平特性多目標優化數學模型，并篩選確定優化設計解；

所述步驟1中的設計參數包括：錐角α、錐半徑r₁、錐長l₁、骨架半徑r₂、電樞到達最大位移處時的端面間隙l₂，比例電磁鐵電磁力水平特性多目標優化問題的設計參數為

X＝(α,r₁,l₁,r₂,l₂)；

所述步驟2中約束條件具體為各設計參數的取值范圍，即

X_l≤X≤X_u；

其中，X_l為設計參數的下限，X_u為設計參數的上限；

所述步驟3中所述優化目標函數具體為：最大化比例電磁鐵電磁力整體平均值最小化比例電磁鐵電磁力整體標準差即

其中電磁力整體平均值電磁力整體標準差的具體計算方法為：

3.1確定比例電磁鐵的工作電流以及銜鐵的工作行程范圍，工作電流的工作范圍記作[i_a,i_d]，銜鐵的工作行程記作[x_a,x_d]，并對工作電流和工作行程構成的全工況平面進行等分離散，進而獲得全工況平面內對應的離散工況點(i_n,x_m)，其中i_n表示為工作電流[i_a,i_d]被等分離散對應的任意工作電流，x_m為工作行程范圍[x_a,x_d]被等分離散對應的任意工作行程；

3.2通過數值模擬獲得在設計參數X下各離散工況點對應的電磁力；

3.3分別計算在設計參數X下各工作電流相等而工作行程不同的離散工況點的電磁力平均值F(X,i_n)_a，其表達式為其中F(X,i_n,x_m)表示在設計參數X下離散工況點(i_n,x_m)對應的電磁力，f代表工作行程被等分劃分的份數；

3.4計算在設計參數X下比例電磁鐵電磁力整體平均值其表達式為其中e代表工作電流被等分劃分的份數，k_n代表對各工作電流下的電磁力平均值F(X,i_n)_a的加權系數，且0≤k_n≤1，

3.5分別計算在設計參數X下各工作電流相等而工作行程不同的離散工況點的電磁力標準差F(X,i_n)_s，其表達式為

3.6計算在設計參數X下比例電磁鐵電磁力整體標準差其表達式為其中w_n代表對各工作電流下的電磁力標準差F(X,i_n)_s的加權系數，且0≤w_n≤1，

所述步驟4構建設計參數與各優化目標之間的函數關系具體方法為：

4.1采用最優拉丁超立方試驗設計方法對設計空間進行采樣，得到樣本點集A；

4.2通過數值模擬獲得樣本點集A中各樣本點對應離散工況點的電磁力，進一步計算得出對應的電磁力整體平均值電磁力整體標準差構成響應點集B；

4.3分別采用徑向基函數模型、神經網絡模型、Kriging模型以及二次多項式模型對以樣本點集A和響應點集B為訓練樣本的數據進行插值或擬合，得到對應的四種不同類型的近似模型，近似構建得到設計參數X與電磁力整體平均值電磁力整體標準差之間的函數關系，并運用留一交叉驗證法(Leave-one-out cross-validation,LOOCV)挑選這四種不同類型的近似模型中精度最高的近似模型作為最終函數關系，即設計參數與各優化目標之間的函數關系

所述步驟5中比例電磁鐵水平特性多目標優化數學模型具體表達為：

其中，minG(X)為優化目標函數，X_l為設計參數的下限，X_u為設計參數的上限；

所述步驟6中求解比例電磁鐵電磁力水平特性多目標優化數學模型具體方法為：采用遺傳算法、蟻群算法或其他優化算法求解比例電磁鐵電磁力水平特性多目標優化數學模型，得出優化設計的Pareto解集；

所述步驟6中篩選確定優化設計解的具體方法為：

計算得出Pareto解集中每個解的電磁力整體標準差的減小程度與電磁力整體平均值的增加程度之和，并定義為比例電磁鐵電磁力水平特性整體優化程度P(X_t)，篩選整體優化程度P(X_t)最大時對應的解作為優化設計解，其中整體優化程度P(X_t)具體表達為：

其中，為優化前電磁力整體標準差，為優化后整體標準差，為優化前電磁力整體平均值，為優化后電磁力整體平均值，X₀代表優化前的電磁鐵設計參數，X_t代表Pareto解集優化前沿的任一電磁鐵設計參數。