[发明专利]一种基于生物地理学优化的继电器设计方法

说明书

本发明是一种基于生物地理学优化的继电器设计方法，其实施步骤为：步骤一：建立直流拍合式继电器体积及其相关约束条件的数学模型；步骤二：给定生物地理学优化方法初始参数；步骤三：设置优化问题的适应度函数；步骤四：执行生物地理学优化方法的迁移算子；步骤五：执行生物地理学优化方法的变异算子；步骤六：储存寻优结果。本发明提出的基于生物地理学优化的继电器设计方法具有很高的准确性和鲁棒性，可在电器智能设计过程中使用，缩短设计周期，降低成本，同时提高器件性能。

【技术领域】

本发明是一种基于生物地理学优化的继电器设计方法，属于电器优化设计领域。

【背景技术】

随着现代科技的发展及智能化程度的提高，各种自动控制设备对电器产品的需求越来越多，同时对其性能及开发速度的要求都越来越高。电磁继电器是一种常见的电器，其在航空航天、通讯系统、智能家居、智慧城市、电力系统、工业生产等各个领域中都是不可或缺的基础原件，因此电磁继电器的优化设计问题具有重要意义。电磁继电器的优化设计常常需要考虑产品体积、机械强度、机构运动及应力变形等问题。此外，在许多电磁继电器中还存在耦合效应。因此，电磁继电器的优化设计问题较为复杂，涉及到机、电、磁、热等多个学科。

长期以来电磁继电器的设计方法多是参照已有产品的结构参数和性能指标，在经验积累的基础上，进行若干特定的计算得到模型，试制产品，这个过程往往需要多次的重复和迭代，使得产品的开发周期较长，成本较高。因此开发出一种智能优化方法进行电磁继电器的优化设计是十分必要的技术，这不仅可以降低设计人员的工作负荷，缩短开发周期，降低成本，还可以提高电磁继电器的性能。

仿生智能优化方法是通过模拟自然界中生物的结构组成、行为特征、遗传及进化规律等而建立的智能计算方法。这类方法借鉴了生物界的择优筛选原则，具有较强的自适应能力，在求解各类复杂优化问题时具有高效的优化性能，且无需问题导数，因此具有明显优势，受到各个研究领域的广泛关注。

生物地理学优化方法(Biogeography-based Optimization，BBO)是美国研究者D.Simon在2008年提出的一种新型的仿生智能优化方法。生物地理学是主要研究物种在不同栖息地中的分布、迁移、灭绝等规律的科学。将各个物种的种群分布地点成为栖息地，每个栖息地有其特定的生活环境。每个物种对每个栖息地的适应程度不同，这与物种自身条件有关。而每个栖息地是否适宜物种生存用适宜度指数(Habitat Suitability Index，HSI)来表示。较高的适宜度指数表示该栖息地较适宜物种生存，则该栖息地拥有较多的物种；反之，较低的适宜度指数表示该栖息地不适宜物种生存，则该栖息地的物种较少。适宜度指数与多个因素有关，如栖息地的植被多样性、地质多样性、降水量、温度、湿度、气候等，可将这些因素组合成一个描述栖息地适宜度的向量(Suitable Index Vector，SIV)。

对于一个栖息地而言，如果该栖息地的适宜度指数较高，则该栖息地的物种较多，而此时该栖息地的资源较为紧张，物种之间的竞争加剧，导致该栖息地的适宜度指数降低，则会有部分物种选择迁出到另一个物种相对较少，资源相对较为丰富的栖息地，同时迁入该栖息地的物种数量较少；相反，如果该栖息地的物种较少，则迁入该栖息地的物种数量较多，同时迁出该栖息地的物种数量较少。总而言之，适宜度指数高的栖息地的生物迁出率较高而生物迁入率较低，适宜度指数较低的栖息地的生物迁入率较高而生物迁出率较低，通过物种迁移可实现不同栖息地之间的物种交流。在自然界中，除了物种迁移之外还有物种的灭绝和物种变异，这多由疾病和自然灾害等突发事件导致。

生物地理学优化方法是受生物地理学基础理论物种的迁入迁出模型启发，在基础理论研究的基础上进行提升，将物种的迁入迁出行为规律用数学的方式描述出来而得到的方法。该优化方法的基本思想是将每个优化问题的可行解看作是一个栖息地，将该栖息地的适应度值视为此可行解所对应的目标函数值，通过迁移和变异两个操作实现寻优过程，通过不断迭代，最终收敛至全局最优解。

(1)迁移算子