[发明专利]一种基于多策略粒子群算法的电磁斥力机构优化设计方法

说明书

本发明公开了一种基于多策略粒子群算法的电磁斥力机构优化设计方法，其包括以下步骤：S1、根据待优化参数建立开关触头的运动位移优化目标函数和开关触头的运动速度峰值优化目标函数；S2、根据目标电磁斥力机构的开关触头运动约束条件、将开关触头的运动位移作为变量，采用惩罚函数法构建第一目标函数；根据能量转换效率，将开关触头的运动速度峰值作为变量建立第二目标函数；S3、根据线性加权法将第一目标函数和第二目标函数构造为适应度函数；S4、将待优化参数分别对应为搜索空间中的种群粒子，采用粒子群算法对适应度函数进行求解，得到适应度函数的最优取值。本方法可对电磁斥力机构进行整体优化，提高电磁斥力机构的整体性能。

技术领域

本发明涉及电磁斥力机构研发领域，具体涉及一种基于多策略粒子群算法的电磁斥力机构优化设计方法。

背景技术

柔性直流输电技术和直流电网技术是解决新能源并网和消纳的有效技术方案之一。与传统的交流输电系统相比，直流电网的阻抗要小得多，故障发展和传播速度更快，故障保护的难度大大增加，传统的交流断路器无法承担直流电网的故障关断任务，因此研制适用于直流电网的直流断路器是直流电网发展的关键之一。混合式直流断路器具有通态损耗低、分断速度快等优点，是未来直流断路器发展的主要趋势。快速机械开关作为混合式直流断路器中的重要组成部分，它的速动性对混合式直流断路器的关断能力至关重要。因此，对快速机械开关的操动机构进行优化设计，改善其动态性能对快速机械开关和混合式直流断路器都有着重要意义。

基于电磁斥力原理的电磁斥力机构是一种新型操动机构。其具有极高的操动速度，同时具有小型化，易安装，延迟时间短等优点，能够较好地满足快速机械开关速动性的要求，从而成为了近年来开关领域的一个研究热点。

电磁斥力机构的运动过程涉及电路、电磁感应以及机械运动等多个物理场。目前电磁斥力机构的优化设计大多都是对其动态性能单独进行优化，没有考虑到电磁斥力机构储能电容的优化设计。电磁斥力机构的储能电容普遍采用大容量的金属化膜电容，体积尺寸大，不便于实际工程中的装配，而且电磁斥力机构的能量转换效率低，储能电容的储存电能利用不充分，使得现有技术难以研发出整体性能优越的电磁斥力机构。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种基于多策略粒子群算法的电磁斥力机构优化设计方法解决了基于现有方法得到的电磁斥力机构性能不佳的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种基于多策略粒子群算法的电磁斥力机构优化设计方法，其包括以下步骤：

S1、分别将目标电磁斥力机构的线圈匝数、线圈高度、线圈厚度、金属盘厚度、储能电容容量和充电电压作为待优化参数，根据至少一个待优化参数建立开关触头的运动位移优化目标函数和开关触头的运动速度峰值优化目标函数；

S2、根据目标电磁斥力机构的开关触头运动约束条件、将开关触头的运动位移作为变量，采用惩罚函数法构建第一目标函数；根据能量转换效率，将开关触头的运动速度峰值作为变量建立第二目标函数；

S3、根据线性加权法将第一目标函数和第二目标函数构造为适应度函数；

S4、将待优化参数分别对应为搜索空间中的种群粒子，采用粒子群算法对适应度函数进行求解，得到适应度函数的最优取值，完成电磁斥力机构优化设计。

进一步地，步骤S1中根据至少一个待优化参数建立开关触头的运动位移优化目标函数和开关触头的运动速度峰值优化目标函数的具体方法为：

采用控制变量法基于目标电磁斥力机构的线圈匝数建立开关触头2毫秒时的运动位移优化目标函数y₁和开关触头2毫秒时的运动速度峰值优化目标函数y₁¹：

y₁＝0.1036x₁+7.083