84] 步骤A :设置模块的计算参数，并初始化动态特性优化参数；
[0085] 步骤B :由大功率直动式电磁机构前一时刻线圈电压、电流和磁链积分计算获得 当前时刻线圈磁链；
[0086] 步骤C :由当前时刻线圈磁链和衔铁位移查表获得当前线圈电流；
[0087] 步骤D :由当前线圈电流和衔铁位移查表获得电磁吸力；
[0088] 步骤E :由衔铁位移计算获得机械弹簧反力；
[0089] 步骤F :采用四阶龙格库塔法建立机械运动微分方程组，并求解获得触头闭合速 度和衔铁分断速度；
[0090] 步骤G :判断计算过程是否结束，若是，则保存触头闭合速度和衔铁分断速度作为 优化目标函数；否则转回步骤B。
[0091] 步骤B中，当前时刻线圈磁链Ψ1+1为：Ψ 1+1= Ψ jOi-i · r) Λ t，
[0092] 式中1为前一时刻线圈磁链，u为线圈电压，i为i线圈电流，r为线圈电阻，At 为时间的变化量；
[0093] 步骤C和步骤D中所涉及的需要查表获得变量的表格是指，线圈电流关于线圈磁 链、衔铁位移和电磁吸力关于线圈电流、衔铁位移的二维表格。
[0094] 步骤E中的弹簧反力f的计算公式为：
[0095] f = k · x+cd · V，
[0096] 式中k为弹簧刚度，X为衔铁位移，Cd为弹簧阻尼，V为衔铁速度。
[0097] 步骤F中机械运动微分方程组为：
[0100] K1, K2, K3, 1(4为四阶龙哥库塔法所需要计算的参数，表示迭代时某个点上的斜率， 没有实际的物理意义。下标η代表迭代次数；t是时间，h代表每次迭代的时间步长。
【主权项】
1. 一种基于小生境排序粒子群算法的电磁机构动态特性优化方法，其特征在于，它包 括以下步骤： 步骤一：根据电磁机构动态特性的设计要求，确定一组动态特性优化参数，并根据所 述动态特性优化参数确定其动态特性相关指标，将所述动态特性相关指标作为优化目标函 数； 步骤二：根据电磁机构的产品材料及加工工艺确定每个动态特性优化参数的上下限， 同时确定与动态特性优化参数相关的附加约束指标； 步骤三：将每个动态特性优化参数的上下限及附加约束指标输入到多目标粒子群算法 模块中，多目标粒子群算法模块根据预设的粒子数对每个动态特性优化参数进行初始化， 获得每个动态特性优化参数的初始化数据； 步骤四：将所有动态特性优化参数的初始化数据进行组合，并将该组合数作为粒子 参数，采用动态特性计算模块计算获得相应的优化目标函数值，并保存所述优化目标函数 值； 步骤五：对所有粒子参数进行分析，选取粒子参数的个体最优位置和整个种群的全局 最优位置，获得优化目标函数的Pareto解集分布； 步骤六：根据电磁机构的生产指标，对步骤五中获得的Pareto解集分布中的优化目标 函数值进行衡量或侧重选择，选取对应的动态特性优化参数值，将该动态特性优化参数值 作为电磁机构动态特性的设计值。2. 根据权利要求1所述的基于小生境排序粒子群算法的电磁机构动态特性优化方法， 其特征在于， 步骤一中所述电磁机构为大功率直动式电磁机构，选取大功率直动式电磁机构的反力 弹簧的刚度kl、反力弹簧的预压力f10、回跳弹簧的刚度k2及回跳弹簧的预压力f20作为 动态特性优化参数；将触头闭合速度和衔铁分断速度作为优化目标函数； 确定反力弹簧的刚度kl、反力弹簧的预压力f10、回跳弹簧的刚度k2及回跳弹簧的预 压力f20的上下限及时间t的上下限为表1中数据，所述时间t作为附加约束指标： 表1将反力弹簧的刚度kl、反力弹簧的预压力flO、回跳弹簧的刚度k2及回跳弹簧的预压 力f20的上下限及时间t的上下限输入到多目标粒子群算法模块中，获得每个动态特性优 化参数的初始化数据； 将所有动态特性优化参数的初始化数据进行组合，并将该组合数作为粒子参数，分别 采用动态特性计算模块计算获得触头闭合速度和衔铁分断速度，并保存所述触头闭合速度 和衔铁分断速度； 所述步骤五中获得优化目标函数的Pareto解集分布为表2中数据： 表2根据大功率直动式电磁机构的生产指标确定与优化目标函数对应的动态特性优化参 数，获得反力弹簧的刚度kl、反力弹簧的预压力f10、回跳弹簧的刚度k2及回跳弹簧的预压 力f20的取值为表3数据： 表33. 根据权利要求2所述的基于小生境排序粒子群算法的电磁机构动态特性优化方法， 其特征在于，获得优化目标函数的Pareto解集分布的具体过程为： 步骤1 :将每个动态特性优化参数的上下限及附加约束指标输入到多目标粒子群算法 模块中；初始化粒子种群，随机生成优化目标函数的初始位置和初始速度，将粒子局部最优 位置作为初始位置，外部空间为空； 步骤2 :然后根据大功率直动式电磁机构的反力弹簧的刚度kl、反力弹簧的预压力f10、回跳弹簧的刚度k2及回跳弹簧的预压力f20进行特性参数提取，获得触头闭合速度 V1、衔铁分断速度V2和时间t; 步骤3 :根据触头闭合速度V1、衔铁分断速度V2和时间t确定每个粒子的优化目标函 数，将非支配解存入外部空间； 步骤4:计算外部空间中粒子参数的个体适应度，将其按照从大到小排列，选取适应度 最大的个体作为全局最优位置； 步骤5 :然后更新反力弹簧的刚度kl、反力弹簧的预压力f10、回跳弹簧的刚度k2及回 跳弹簧的预压力f20,并计算获得更新后的触头闭合速度V1、衔铁分断速度V2和时间t; 步骤6 :根据更新后的触头闭合速度V1、衔铁分断速度V2和时间t确定粒子更新后的优 化目标函数以更新粒子局部最优位置，并用当前粒子群中的非支配解更新外部空间；再计 算外部空间中计算外部空间中粒子参数的个体适应度，将其按照从大到小排列，选取适应 度最大的个体作为全局最优位置； 步骤7 :若外部空间中个体数据超过预定容量，则删除适应度值较小的个体； 步骤8 :判断是否满足终止条件，若是，则将当前外部空间作为优化目标函数的Pareto解集分布；否则，转回步骤5,直至结束。4. 根据权利要求3所述的基于小生境排序粒子群算法的电磁机构动态特性优化方法， 其特征在于，动态特性计算模块的数据处理过程为： 步骤A:设置模块的计算参数，并初始化动态特性优化参数； 步骤B:由大功率直动式电磁机构前一时刻线圈电压、电流和磁链积分计算获得当前 时刻线圈磁链； 步骤C:由当前时刻线圈磁链和衔铁位移查表获得当前线圈电流； 步骤D:由当前线圈电流和衔铁位移查表获得电磁吸力； 步骤E:由衔铁位移计算获得机械弹簧反力； 步骤F:采用四阶龙格库塔法建立机械运动微分方程组，并求解获得触头闭合速度和 衔铁分断速度； 步骤G:判断计算过程是否结束，若是，则保存触头闭合速度和衔铁分断速度作为优化 目标函数；否则转回步骤B。
【专利摘要】基于小生境排序粒子群算法的电磁机构动态特性优化方法，属于电磁机构动态特性优化技术领域。本发明是为了解决目前用于求解电磁机构动态特性的优化算法只能进行单目标优化的问题。它首先确定动态特性优化参数和优化目标函数；再确定每个动态特性优化参数的上下限及与动态特性优化参数相关的附加约束指标；获得每个动态特性优化参数的初始化数据；计算获得相应的优化目标函数值；选取粒子参数的个体最优位置和整个种群的全局最优位置，获得优化目标函数的Pareto解集分布；对步骤五中获得的Pareto解集分布中的优化目标函数值进行衡量或侧重选择，选取对应的动态特性优化参数值。本发明用于电磁机构动态特性优化。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN105045984
【申请号】CN201510391039
【发明人】梁慧敏, 邹帆, 于昊, 翟国富, 刘德龙
【申请人】哈尔滨工业大学
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年7月6日