CN110188314A - 一种基于罚函数法的无线供电线圈匝数的优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于罚函数法的无线供电线圈匝数的优化方法，所述优化方法为将无线供电系统中感应线圈匝数的优化函数和实际设计中匝数会受到线圈整体尺寸限制所形成的约束函数通过特定的方式构成一个新的函数，这个新函数既包含优化目标函数，又包含约束函数以及一个可变的惩罚因子，通过迭代过程中惩罚因子的改变来限制匝数的迭代计算，使其不超出线圈尺寸的约束范围，保证迭代计算出的匝数在实际工程中的可行性。利用罚函数法中的内罚法所具有的约束内迭代的方式，在优化过程中将线圈匝数所受到线圈整体尺寸的限制考虑在内，计算出在实际设计条件限制下使得系统传输效率最大的线圈匝数分布，保证了优化结果的可行性。
Description
技术领域
本发明涉及无线供电技术领域，尤其涉及一种基于罚函数法的无线供电线圈匝数的优化方法。
背景技术
随着科技的进步，无线供电技术在各个领域越来越普及。感应线圈作为无线供电设备的核心部件，关于其的设计优化自然也成为了研究的重要方向，其中线圈匝数自然是优化的重要对象之一。在实际的工程设计中，供电设备的外形尺寸往往有着一定的限制，在这种约束条件下，设计出能兼顾高传输效率和尺寸要求的匝数分布对于无线供电系统的整体设计具有重要的意义。
发明内容
为了在优化过程中将工程约束条件考虑在内，计算出在实际设计条件限制下使得系统传输效率最大的线圈匝数分布，从而避免一般优化方法可能面临的最优点在界外的问题，本发明的目的提供一种基于罚函数法的无线供电线圈匝数的优化方法，将线圈匝数的优化函数和实际设计中匝数会受到线圈整体尺寸限制所形成的约束函数通过加入惩罚因子的方式构成一个新的函数，使得求解过程中那些试图突破约束的迭代点给予与优化方向相反的目标函数值，逼迫其停留在约束内的可行域中，最终保证优化结果的可行性。
本发明提供一种基于罚函数法的无线供电线圈匝数的优化方法，所述优化方法为将无线供电系统中感应线圈匝数的优化函数和实际设计中匝数会受到线圈整体尺寸限制所形成的约束函数通过特定的方式构成一个新的函数，这个新函数既包含优化目标函数，又包含约束函数以及一个可变的惩罚因子，通过迭代过程中惩罚因子的改变来限制匝数的迭代计算，使其不超出线圈尺寸的约束范围，保证迭代计算出的匝数在实际工程中的可行性。该方法使得求解过程中某些匝数超过尺寸限制的迭代点被给予一个与优化方向相反的目标函数值，逼迫其停留在尺寸允许的可行范围中。
进一步改进在于：所述特定的方式构成一个新的函数的方程式为，其中为线圈匝数优化的原函数，是匝数变量n在实际问题中所受到限制的约束函数；当匝数的迭代结果接近线圈尺寸的限制时，在惩罚因子的作用下，整体函数值会变得极大，使得搜索方向朝着远离边界的方向进行改变，即避免计算出的匝数超出线圈尺寸的限制要求。
进一步改进在于：所述方法根据线圈匝数受到线圈总尺寸限制的特点，利用其产生的约束函数和一个可变的惩罚因子构造惩罚函数加入原优化函数，从而构成一个全新的函数。
进一步改进在于：惩罚因子随着迭代的次数增加而以一定的比例进行缩小，当匝数的迭代结果越接近最大传输效率的时候，惩罚因子会变得越小。
进一步改进在于：当迭代计算出的匝数接近实际工程中匝数因尺寸而产生的限制时，在惩罚因子的作用下，新构建的函数的函数值会变得极大，使得搜索方向朝着远离边界的方向进行改变，即避免计算出的匝数超出线圈尺寸的限制条件。
该方法根据实际设计中线圈匝数受到线圈总尺寸限制的特点，利用该限制因素形成的约束函数和一个可变的惩罚因子构造惩罚函数加入原优化函数，从而构成一个全新的函数。该方法使得求解过程中某些匝数超过尺寸限制的迭代点被给予一个与优化方向相反的目标函数值，逼迫其停留在尺寸允许的可行范围中。当迭代计算出的匝数接近实际工程中的匝数限制时，在惩罚因子的作用下，整体函数值会变得极大，使得搜索方向朝着远离边界的方向进行改变，即避免计算出的匝数超出线圈尺寸的限制要求。惩罚因子随着迭代的次数增加而以一定的比例进行缩小，当匝数的迭代结果越接近最大传输效率的时候，惩罚因子会变得越小。
本发明的有益效果：利用罚函数法中的内罚法所具有的约束内迭代的方式，在优化过程中将线圈匝数所受到线圈整体尺寸的限制考虑在内，计算出在实际设计条件限制下使得系统传输效率最大的线圈匝数分布，避免了一般优化方法可能面临的最优点在界外的问题，保证了优化结果的可行性。
附图说明
图1是本发明的算法流程示意图。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
如图1所示，本实施例提供一种基于罚函数法的无线供电线圈匝数的优化方法，所述优化方法为将无线供电系统中感应线圈匝数的优化函数和实际设计中匝数会受到线圈整体尺寸限制所形成的约束函数通过特定的方式构成一个新的函数，这个新函数既包含优化目标函数，又包含约束函数以及一个可变的惩罚因子，通过迭代过程中惩罚因子的改变来限制匝数的迭代计算，使其不超出线圈尺寸的约束范围，保证迭代计算出的匝数在实际工程中的可行性。该方法使得求解过程中某些匝数超过尺寸限制的迭代点被给予一个与优化方向相反的目标函数值，逼迫其停留在尺寸允许的可行范围中。所述特定的方式构成一个新的函数的方程式为，其中为线圈匝数优化的原函数，是匝数变量n在实际问题中所受到限制的约束函数；当匝数的迭代结果接近线圈尺寸的限制时，在惩罚因子的作用下，整体函数值会变得极大，使得搜索方向朝着远离边界的方向进行改变，即避免计算出的匝数超出线圈尺寸的限制要求。所述方法根据线圈匝数受到线圈总尺寸限制的特点，利用其产生的约束函数和一个可变的惩罚因子构造惩罚函数加入原优化函数，从而构成一个全新的函数。惩罚因子随着迭代的次数增加而以一定的比例进行缩小，当匝数的迭代结果越接近最大传输效率的时候，惩罚因子会变得越小。当迭代计算出的匝数接近实际工程中匝数因尺寸而产生的限制时，在惩罚因子的作用下，新构建的函数的函数值会变得极大，使得搜索方向朝着远离边界的方向进行改变，即避免计算出的匝数超出线圈尺寸的限制条件。
该方法根据实际设计中线圈匝数受到线圈总尺寸限制的特点，利用该限制因素形成的约束函数和一个可变的惩罚因子构造惩罚函数加入原优化函数，从而构成一个全新的函数。该方法使得求解过程中某些匝数超过尺寸限制的迭代点被给予一个与优化方向相反的目标函数值，逼迫其停留在尺寸允许的可行范围中。当迭代计算出的匝数接近实际工程中的匝数限制时，在惩罚因子的作用下，整体函数值会变得极大，使得搜索方向朝着远离边界的方向进行改变，即避免计算出的匝数超出线圈尺寸的限制要求。惩罚因子随着迭代的次数增加而以一定的比例进行缩小，当匝数的迭代结果越接近最大传输效率的时候，惩罚因子会变得越小。
Claims (5)
1.一种基于罚函数法的无线供电线圈匝数的优化方法，其特征在于：所述优化方法为将无线供电系统中感应线圈匝数的优化函数和实际设计中匝数会受到线圈整体尺寸限制所形成的约束函数通过特定的方式构成一个新的函数，这个新函数既包含优化目标函数，又包含约束函数以及一个可变的惩罚因子，通过迭代过程中惩罚因子的改变来限制匝数的迭代计算，使其不超出线圈尺寸的约束范围，保证迭代计算出的匝数在实际工程中的可行性。
2.如权利要求1所述的一种基于罚函数法的无线供电线圈匝数的优化方法，其特征在于：所述特定的方式构成一个新的函数的方程式为，其中为线圈匝数优化的原函数，是匝数变量n在实际问题中所受到限制的约束函数；当匝数的迭代结果接近线圈尺寸的限制时，在惩罚因子的作用下，整体函数值会变得极大，使得搜索方向朝着远离边界的方向进行改变，即避免计算出的匝数超出线圈尺寸的限制要求。
3.如权利要求1所述的一种基于罚函数法的无线供电线圈匝数的优化方法，其特征在于：所述方法根据线圈匝数受到线圈总尺寸限制的特点，利用其产生的约束函数和一个可变的惩罚因子构造惩罚函数加入原优化函数，从而构成一个全新的函数。
4.如权利要求1所述的一种基于罚函数法的无线供电线圈匝数的优化方法，其特征在于：惩罚因子随着迭代的次数增加而以一定的比例进行缩小，当匝数的迭代结果越接近最大传输效率的时候，惩罚因子会变得越小。
5.如权利要求1所述的一种基于罚函数法的无线供电线圈匝数的优化方法，其特征在于：当迭代计算出的匝数接近实际工程中匝数因尺寸而产生的限制时，在惩罚因子的作用下，新构建的函数的函数值会变得极大，使得搜索方向朝着远离边界的方向进行改变，即避免计算出的匝数超出线圈尺寸的限制条件。
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