基于混合优化算法的磁聚焦线圈阵列设计与优化
发布时间：2021-07-03 12:59
构建8个线圈和20个线圈的圆环面线圈阵列模型实现并改善目标区域的电磁场聚焦特性.利用磁场叠加原理,结合改进的粒子群算法设计了自适应混合优化算法,利用该算法与有限元积分分析软件的外部通信接口,对影响磁场分布的线圈阵列可调参数进行优化求解,建立优化的发射线圈模型.结果显示了设计的混合优化算法的良好搜索能力和线圈阵列在优化电流组态下在计算区域内的归一化幅值分布和二维等高线图,表明了经优化的线圈阵列在目标区域内产生了具有良好磁聚焦性能的磁场分布,磁场变化梯度大,其磁场强度与聚焦程度都有了不同程度的改善,且20个子线圈的线圈模型基本上实现了点聚焦,同时具有可聚焦多个目标的能力.
【文章来源】：四川师范大学学报(自然科学版). 2014,37(06)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
中，a是圆形线圈的半径，Idl是线圈某一点P0处的电流元．r为电流元到P点的距离，θ是
By=aμ0I(t)4π∫2π0zsin(θ)|r|3dθ，(3)Bz=aμ0I(t)4π×∫2π0［a－xcos(θ)－ysin(θ)］|r|3dθ．(4)由(2)～(4)式可知，线圈在空间某一点P(x，y，z)产生的感应磁场强度B与线圈的半径a、通入线圈的电流大小I(t)以及P点的位置有关．磁感应强度影响磁探测深度，所以为了获得所需的磁感应强度，需要合理的设计线圈的尺寸和线圈相对于探测点的位置．希望磁场能量集中在小区域内，并且磁场强度越小越好．2线圈阵列模型设计对于近些年许多线圈模型的研究与分析［6］，本文以8字形线圈中电流汇聚实现磁场能量集中的特点为基础，综合分析构建了新型的8个子线圈．各子线圈圆心在XOY平面，且在同一圆环上平均分布，线圈平面与XOY平面垂直，在零点处各子线圈相接，线圈半径r取0．05m，如图2所示．考虑子线圈个数对磁场聚焦性的影响，本文将子线圈个数增至20个，如图3所示．3混合优化算法设计遗传算法［11］是模仿自然界生物进化过程与选择机制的随机搜索过程，不依赖搜索空间的具体领域限制，可高效率的解决复杂的非线性问题，具有较强的全局搜索能力，在最优解的搜索上有其独特的高效性，有很强的鲁棒性，但是收敛速度较慢，局部搜索能力明显不足．粒子群算法［12］是一种基于群集智能、群体间相互合作的优化算法，模拟鸟群搜寻食物的行为．粒子追随自己的经验和全局最优粒子在空间进行全局搜索，粒子间的相互协作使粒子群算法具有较强的局部搜索能力，但粒子群算法缺少变异机制，算法陷入最优时较难跳出或是可能越过全局最优解．针对2种算法的缺点，本文进行了改进．在遗传算法中，交叉变异算子均采用其值随着个体适应度值自适应改变［13］来保持种群?
By=aμ0I(t)4π∫2π0zsin(θ)|r|3dθ，(3)Bz=aμ0I(t)4π×∫2π0［a－xcos(θ)－ysin(θ)］|r|3dθ．(4)由(2)～(4)式可知，线圈在空间某一点P(x，y，z)产生的感应磁场强度B与线圈的半径a、通入线圈的电流大小I(t)以及P点的位置有关．磁感应强度影响磁探测深度，所以为了获得所需的磁感应强度，需要合理的设计线圈的尺寸和线圈相对于探测点的位置．希望磁场能量集中在小区域内，并且磁场强度越小越好．2线圈阵列模型设计对于近些年许多线圈模型的研究与分析［6］，本文以8字形线圈中电流汇聚实现磁场能量集中的特点为基础，综合分析构建了新型的8个子线圈．各子线圈圆心在XOY平面，且在同一圆环上平均分布，线圈平面与XOY平面垂直，在零点处各子线圈相接，线圈半径r取0．05m，如图2所示．考虑子线圈个数对磁场聚焦性的影响，本文将子线圈个数增至20个，如图3所示．3混合优化算法设计遗传算法［11］是模仿自然界生物进化过程与选择机制的随机搜索过程，不依赖搜索空间的具体领域限制，可高效率的解决复杂的非线性问题，具有较强的全局搜索能力，在最优解的搜索上有其独特的高效性，有很强的鲁棒性，但是收敛速度较慢，局部搜索能力明显不足．粒子群算法［12］是一种基于群集智能、群体间相互合作的优化算法，模拟鸟群搜寻食物的行为．粒子追随自己的经验和全局最优粒子在空间进行全局搜索，粒子间的相互协作使粒子群算法具有较强的局部搜索能力，但粒子群算法缺少变异机制，算法陷入最优时较难跳出或是可能越过全局最优解．针对2种算法的缺点，本文进行了改进．在遗传算法中，交叉变异算子均采用其值随着个体适应度值自适应改变［13］来保持种群?
【参考文献】：
期刊论文
[1]瞬变电磁技术在检测管体缺陷上的应用研究[J]. 李永年,陈德胜,尚兵,李晓松. 管道技术与设备. 2013(04)
[2]基于磁聚焦阵列的埋地金属管道腐蚀检测[J]. 谭伟强,陆继庆,邹晗,聂文亮. 油气储运. 2013(05)
[3]管道金属蚀失量检测聚焦信号加载理论研究[J]. 杨勇,陈德胜,刘冀成,柳言国,石仁委. 油气储运. 2012(08)
[4]经颅磁刺激电磁场分析系统设计[J]. 周鹏,贺威忠,林冬冬,葛家怡,王明时. 天津大学学报. 2010(03)
[5]一种带交叉算子的改进的粒子群优化算法[J]. 刘晶晶,吴传生. 青岛科技大学学报(自然科学版). 2008(01)
[6]矩形载流线圈的空间磁场计算[J]. 邝向军. 四川理工学院学报(自然科学版). 2006(01)
[7]瞬变电磁法金属管道腐蚀检测理论初探[J]. 高永才,李永年,王绪本,徐雯琪. 物探化探计算技术. 2005(01)
[8]基于遗传算法的磁聚焦线圈阵列设计与场分布计算[J]. 刘冀成,黄卡玛,华伟. 成都理工大学学报(自然科学版). 2004(04)
[9]电磁探测技术在工程与环境中的应用现状[J]. 林君. 物探与化探. 2000(03)
[10]矩形线圈的磁场计算[J]. 李景天,郑勤红. 云南师范大学学报(自然科学版). 1997(01)
硕士论文
[1]遗传算法的改进及其在优化上的应用研究[D]. 吕晋君.太原理工大学 2010
[2]粒子群优化算法的改进与应用[D]. 刘晶晶.武汉理工大学 2007
本文编号：3262628
【文章来源】：四川师范大学学报(自然科学版). 2014,37(06)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
中，a是圆形线圈的半径，Idl是线圈某一点P0处的电流元．r为电流元到P点的距离，θ是
By=aμ0I(t)4π∫2π0zsin(θ)|r|3dθ，(3)Bz=aμ0I(t)4π×∫2π0［a－xcos(θ)－ysin(θ)］|r|3dθ．(4)由(2)～(4)式可知，线圈在空间某一点P(x，y，z)产生的感应磁场强度B与线圈的半径a、通入线圈的电流大小I(t)以及P点的位置有关．磁感应强度影响磁探测深度，所以为了获得所需的磁感应强度，需要合理的设计线圈的尺寸和线圈相对于探测点的位置．希望磁场能量集中在小区域内，并且磁场强度越小越好．2线圈阵列模型设计对于近些年许多线圈模型的研究与分析［6］，本文以8字形线圈中电流汇聚实现磁场能量集中的特点为基础，综合分析构建了新型的8个子线圈．各子线圈圆心在XOY平面，且在同一圆环上平均分布，线圈平面与XOY平面垂直，在零点处各子线圈相接，线圈半径r取0．05m，如图2所示．考虑子线圈个数对磁场聚焦性的影响，本文将子线圈个数增至20个，如图3所示．3混合优化算法设计遗传算法［11］是模仿自然界生物进化过程与选择机制的随机搜索过程，不依赖搜索空间的具体领域限制，可高效率的解决复杂的非线性问题，具有较强的全局搜索能力，在最优解的搜索上有其独特的高效性，有很强的鲁棒性，但是收敛速度较慢，局部搜索能力明显不足．粒子群算法［12］是一种基于群集智能、群体间相互合作的优化算法，模拟鸟群搜寻食物的行为．粒子追随自己的经验和全局最优粒子在空间进行全局搜索，粒子间的相互协作使粒子群算法具有较强的局部搜索能力，但粒子群算法缺少变异机制，算法陷入最优时较难跳出或是可能越过全局最优解．针对2种算法的缺点，本文进行了改进．在遗传算法中，交叉变异算子均采用其值随着个体适应度值自适应改变［13］来保持种群?
By=aμ0I(t)4π∫2π0zsin(θ)|r|3dθ，(3)Bz=aμ0I(t)4π×∫2π0［a－xcos(θ)－ysin(θ)］|r|3dθ．(4)由(2)～(4)式可知，线圈在空间某一点P(x，y，z)产生的感应磁场强度B与线圈的半径a、通入线圈的电流大小I(t)以及P点的位置有关．磁感应强度影响磁探测深度，所以为了获得所需的磁感应强度，需要合理的设计线圈的尺寸和线圈相对于探测点的位置．希望磁场能量集中在小区域内，并且磁场强度越小越好．2线圈阵列模型设计对于近些年许多线圈模型的研究与分析［6］，本文以8字形线圈中电流汇聚实现磁场能量集中的特点为基础，综合分析构建了新型的8个子线圈．各子线圈圆心在XOY平面，且在同一圆环上平均分布，线圈平面与XOY平面垂直，在零点处各子线圈相接，线圈半径r取0．05m，如图2所示．考虑子线圈个数对磁场聚焦性的影响，本文将子线圈个数增至20个，如图3所示．3混合优化算法设计遗传算法［11］是模仿自然界生物进化过程与选择机制的随机搜索过程，不依赖搜索空间的具体领域限制，可高效率的解决复杂的非线性问题，具有较强的全局搜索能力，在最优解的搜索上有其独特的高效性，有很强的鲁棒性，但是收敛速度较慢，局部搜索能力明显不足．粒子群算法［12］是一种基于群集智能、群体间相互合作的优化算法，模拟鸟群搜寻食物的行为．粒子追随自己的经验和全局最优粒子在空间进行全局搜索，粒子间的相互协作使粒子群算法具有较强的局部搜索能力，但粒子群算法缺少变异机制，算法陷入最优时较难跳出或是可能越过全局最优解．针对2种算法的缺点，本文进行了改进．在遗传算法中，交叉变异算子均采用其值随着个体适应度值自适应改变［13］来保持种群?
【参考文献】：
期刊论文
[1]瞬变电磁技术在检测管体缺陷上的应用研究[J]. 李永年,陈德胜,尚兵,李晓松. 管道技术与设备. 2013(04)
[2]基于磁聚焦阵列的埋地金属管道腐蚀检测[J]. 谭伟强,陆继庆,邹晗,聂文亮. 油气储运. 2013(05)
[3]管道金属蚀失量检测聚焦信号加载理论研究[J]. 杨勇,陈德胜,刘冀成,柳言国,石仁委. 油气储运. 2012(08)
[4]经颅磁刺激电磁场分析系统设计[J]. 周鹏,贺威忠,林冬冬,葛家怡,王明时. 天津大学学报. 2010(03)
[5]一种带交叉算子的改进的粒子群优化算法[J]. 刘晶晶,吴传生. 青岛科技大学学报(自然科学版). 2008(01)
[6]矩形载流线圈的空间磁场计算[J]. 邝向军. 四川理工学院学报(自然科学版). 2006(01)
[7]瞬变电磁法金属管道腐蚀检测理论初探[J]. 高永才,李永年,王绪本,徐雯琪. 物探化探计算技术. 2005(01)
[8]基于遗传算法的磁聚焦线圈阵列设计与场分布计算[J]. 刘冀成,黄卡玛,华伟. 成都理工大学学报(自然科学版). 2004(04)
[9]电磁探测技术在工程与环境中的应用现状[J]. 林君. 物探与化探. 2000(03)
[10]矩形线圈的磁场计算[J]. 李景天,郑勤红. 云南师范大学学报(自然科学版). 1997(01)
硕士论文
[1]遗传算法的改进及其在优化上的应用研究[D]. 吕晋君.太原理工大学 2010
[2]粒子群优化算法的改进与应用[D]. 刘晶晶.武汉理工大学 2007
本文编号：3262628
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlilw/3262628.html
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