[發明專利]一種磁屏蔽筒內軸向勻場線圈的設計方法

有效

• 申請號: 202111518763.1
• 申請日: 2021-12-13
• 公開（公告）號: CN114200368B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 周向陽;趙風文;王維乾;謝曉旋
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/25
• 分類號: G06F30/25
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 安麗;顧煒

1.一種磁屏蔽筒內軸向勻場線圈的設計方法，其特征在于，步驟如下：

第一步，結合磁場函數，磁屏蔽筒的邊界條件和鏡像法確定了磁屏蔽筒中軸向線圈的連續面電流密度產生的磁場表達式為：

其中，B_z(ρ,φ,z)表示軸向線圈的連續面電流密度在目標場點r(ρ,φ,z)處產生的磁場表達式；ρ，φ，z分別表示目標場點在圓柱坐標系下的徑向距離、方位角和高度；F_φ是軸向線圈的連續面電流密度在方位角分量的傅立葉變換；μ₀為真空磁導率；μ_r為相對磁導率；a為軸向線圈的半徑；b和c分別為磁屏蔽筒的內外半徑；p為反射次數；I₀和K₀分別表示0階第一類和第二類修正貝塞爾函數，I₀'和K₀'是相對應的一階導數；R₀，α_b，β_b，γ_b,α_c，β_c和γ_c為中間變量，無實際意義；K₁(ka)表示一階第二類修正貝塞爾函數，下角標1表示一階，參數k表示積分參數；

軸向線圈的連續表面電流密度為：

J_z(φ′,z′)＝0

其中，P_n，n＝1,2,..,N是未知的電流密度系數，N是傅立葉級數的最大階數，L為攜帶連續面電流的圓柱面的半高度；

第二步，結合步驟一中得到的磁場表達式并給出目標場點的期望磁場值，通過目標場法求解出未知的面電流密度系數，然后離散流函數等值線得到線圈的初始繞組，流函數的表達式為：

其中，ψ(φ′,z′)表示在源點r'(a,φ',z')處的流函數的值的大小；φ'，z'分別表示源點在圓柱坐標系下的方位角和高度， 流函數值的空間變化對應于電流的等效變化，流函數的等值線表示承載相同電流的離散線圈導線的位置；

線圈的初始繞組為：

其中，d_i0，為得到的線圈的初始繞組；為線圈的初始繞組包含的載流回路數量；I為繞組內部通入的電流；

第三步，在步驟二中得到的線圈的初始繞組附近的尺寸空間中隨機初始化尺寸參數作為粒子，結合多階粒子群優化算法優化軸向勻場線圈載流環的位置，以減少目標區域的磁場偏差。

2.根據權利要求1所述的一種磁屏蔽筒內軸向勻場線圈的設計方法，其特征在于：所述第三步中，多階粒子群優化算法實現為：

設定在維搜索空間中搜索最優值，有Num個粒子進行尋優，每個粒子對應于問題的一個潛在解決方案， 第j，j＝1,2,…Num個粒子的位置和速度分別表示為和在搜索過程中，個體極值和全局極值分別被記錄為和P_g，每個粒子根據其個體極值和全局極值調整它的速度v_ji和位置x_ji，調整公式為：

其中，w為慣性權重因子，w_s＝0.9，w_m＝0.6，ω_e＝0.4；t是當前迭代次數，T是允許的最大迭代次數，T₁＝0.25T,T₂＝0.8T；c₁和c₂分別是社會和私人學習因子，用于平衡個體與群體之間的信息交流；r₁和r₂為[0,1]之間的隨機數；優化后，軸向勻場線圈載流環的位置為