[发明专利]一种基于改进粒子群算法的锰铜分流器结构参数优化方法

说明书

本发明提供一种基于改进粒子群算法的锰铜分流器结构参数优化方法，采用改进的粒子群算法优化锰铜分流器各关键尺寸参数设计。首先结合锰铜分流器实际制造工艺参考锰铜分流器的稳健性，建立感应电流的多目标全局优化模型，利用层次分析法将多目标转化为单目标优化，基于构建改进粒子群算法进行全局寻优，最终获得锰铜分流器全局最优结构设计尺寸。本发明可选取较优的锰铜分流器的设计参数，相对于原有的锰铜分流器既提高了锰铜分流器的抗工频磁场干扰能力，同时提高锰铜分流器的稳健性。

技术领域

本发明涉及电能计量技术领域，具体而言，涉及一种智能电表内锰铜分流器结构参数优化设计方法。

背景技术

锰铜分流器因其稳定性好、温度系数小等特点，广泛应用于智能电表的电流采样领域，特别是在单相电能表的电流采用中占据主导地位。出于电流发热和成本的考虑，现有的锰铜分流器阻值一般设计为100uΩ～300uΩ之间，转换到的电压信号也只有微伏到毫伏级别，所以锰铜分流器采集的电流信号易受工频磁场的干扰，导致电流信号采样不准确，特别是在小电流采样时，误差可能达到6％以上的情况。

现有智能电表为了提高其抗干扰的能力，对锰铜分流器的结构进行了改进，使其能够抵抗来自不确定方向的磁场干扰，从而保证电子式电能表计量的准确性。根据现有的锰铜分流器的结构特点，经过仿真分析发现现有结构的锰铜分流器通孔的位置、通孔的大小、上引出端长度和下引出端长度对工频磁场干扰下产生的感应电流有很大的关系。因此，可以通过改变通孔的位置、通孔的大小、上引出端长度和下引出端长度可以得到最小的感应电流，使其形成更强的抗工频磁场干扰的锰铜分流器。传统的锰铜分流器是利用Taguchi稳健参数设计，但由于参数水平的选取是离散的，且感应电流是一种非线性响应，因此Taguchi方法对锰铜分流器的优化并不具有全局性。

发明内容

本发明目的是为克服现有技术的不足，提供一种基于改进粒子群算法的锰铜分流器结构参数优化方法，用于优化锰铜分流器的结构参数设计，使其具有更强的抗工频磁场干扰能力，而对工频磁场下锰铜分流器感应电流的仿真分析确定了其关键影响因素：通孔位置、通孔大小、上引出端长度、下引出端长度，并完成关键影响因素与感应电流近似模型的建立。

根据本发明的一种基于改进粒子群算法的锰铜分流器结构参数优化方法，其内容包括以下步骤：

步骤1，确定锰铜分流器全局优化目标，利用层次分析法将多个优化目标综合为单个优化目标。在寻优过程中一个目标性能的提升会引起另一个目标性能的下降，所以需对多目标进行规划，本发明利用层次分析法将多目标优化转换为带权重的单目标优化，对X、Y方向工频磁场干扰下的感应电流的均方根X方向工频磁场干扰下感应电流的标准差σ_x和Y方向工频磁场干扰下感应电流的标准差σ_y三大指标进行重要程度的两两比较，建立模型的判断矩阵。

在确定好判断矩阵后利用一致性比例CR对所建立的判断矩阵进行一致性检验。其中一致性指标CR的计算方式为：

式中，λ_max为判断矩阵的最大特征值，n为矩阵的阶数，CI为定义的一致性指标，RI为一致性指标常数，与比较矩阵的阶数n一一对应。

当CR≤0.1则表示通过一致性，否则需要重新建立判断矩阵，当一致性时，对最大特征值对应的特征向量进行归一化处理即为每个因素对应的权重。

利用层次分析法得出目标函数并给出约束条件，其一般数学表达式如下：