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1、2007年第5期(EXPLOSION-PROOFELECTRICMACHINE)防爆电机第42卷(总第138期)计算电磁学进展及其在现代电机优化设计中的应用阚超豪王雪帆华中科技大学,湖北武汉(430074)摘要首先总结了近年来计算电磁学取得的重要成果,阐述了现代电机设计中的新型算法及其在电机设计中的应用,以及电机设计优化方向,并对计算电磁学未来的发展对推动电机优化设计的作用作了展望。关键词计算电磁学优化设计遗传算法免疫算法模拟退火算法中图分类号TM301文献标识码A文章编号1008-7281(2007)05-000
2、1-05DevelopmentofComputationalElectromagneticsandItsApplicationinOptimalDesignofModernElectricMachineKanChaohaoandWangXuefanAbstractFirstly,abriefreviewoftheworkinrecentyearsoncomputationalelec2tromagneticispresentedinthispaper.Newalgorithmofdesignonmodernelec
3、tricma2chineanditsapplicationisexpounded,aswellasdirectionoftheoptimumdesignofthee2lectricmachine.Intheend,thebenefitofoptimumdesignontheelectricmachineforthedevelopmentofcomputationalelectromagneticsisexpected.KeywordsComputationalelectromagnetics,inverseelec
4、tromagneticfieldproblem,optimizationdesign,hereditaryalgorithm,immunityalgorithm,algorithmofsimulatedan2nealing.于设计变量可微性的数值方法,主要有直接搜索0引言法和随机搜索法两种寻优模式,其中经典寻优策计算电磁学(ComputationalElectroma2gnetic)略有Powell法、单纯形法、suMT罚函数法、可变容是一门综合了电磁场理论、数值计算方法和计算差法和梯度法等,在优化设计方面取得了一
5、定进机软件技术的边缘交叉学科,20世纪60年代以展。此类算法收敛速度虽然很快,但由于寻优过[1]前可以称为经典电磁学阶段。在这个时期,电程受初始解的制约太大,优化结果常常收敛于初磁场理论和工程中的许多问题大多采用解析或渐始解附近的局部最优点,全局寻优能力较差;且此进的方法进行处理,通过求解Maxwell方程组或类算法在建模和求解中忽略的因素太多,使得算其退化形式得到解析解。这种方法能够得到问题法难于求解复杂的工程实际问题。上述缺陷使电的准确解,且计算效率比较高,但适用范围较窄,机传统优化设计的应用受到了极大的限制。
6、只能求解具有规则边界的简单问题。60年代以后随着计算电磁学的发展,它对现代电机优化以基于积分方程的矩量法和基于微分方程的差分设计也产生了深远的影响,20世纪90年代以来,类方法为代表的数值计算方法的运用标志着计算模拟退火(SA)、遗传算法(GA)、禁忌搜索(TS)电磁学阶段的到来。相对于经典电磁学而言,数值和模拟进化(SE)等现代启发式优化算法得到迅方法几乎不再受限于边界的约束,能解决各种类型速发展,为电机设计提供了有力的工具。的复杂问题。经过几十年研究和发展,计算电磁学1计算电磁学的发展成果已成为现阶段电磁理论的
7、主要组成部分。传统电机优化设计采用的优化算法是一种基随着计算机技术的飞速发展,计算电磁学领域收稿日期:20072062181阚超豪男1974年生;华中科技大学在读博士研究生,研究方向为新型特种电机及控制.1©1994-2008ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net2007年第5期防爆电机(EXPLOSION-PROOFELECTRICMACHINE)第42卷(总第138期)也随之取得了重大
8、的进步。从二维到三维,从线性工程电磁场问题的数值计算精度在很大程度到非线性,从单一电磁场问题到电磁场与电路系统上依赖于所研究区域中各种材料电磁特性参数的或与其它物理场的耦合问题,从正问题到包括优化准确模拟,而材料的非线性、各向异性等特性研究技术在内的逆问题,计算能力有了迅速的提高。均取得了显著成果。在铁磁材料磁滞特性的模拟1.1计算电磁场正问题发展成果中,应
