CN111027251B - 一种基于偏好集的电磁继电器稳健性优化设计方法 - Google Patents

Abstract

一种基于偏好集的电磁继电器稳健性优化设计方法，涉及一种电磁继电器设计方法。电磁继电器设计目的关键设计参数分析与筛选；建立电磁继电器输出特征有限元计算模型；电磁继电器输出特征偏好集表示；电磁继电器输出特征偏好集传播；将输出特征偏好集的传播与输出特征偏好集表示进行对比，若初始设计集内存在可行子集，此时记为该设计子区间可行，若不存在则进行校正；电磁继电器输出特征偏好集缩小，选择最优设计子区间；列阵电磁继电器是否满足设计要求和稳健性要求，满足则完成设计，不满足则再次缩小直至满足。通过消除不可行解和次优解集，将设计参数的偏好代替单点解，得到稳健最优设计区间集。

Description

一种基于偏好集的电磁继电器稳健性优化设计方法

技术领域

本发明涉及一种电磁继电器设计方法，尤其是一种基于偏好集的电磁继电器稳健性优化设计方法，属于电磁继电器产品质量一致性优化与设计技术领域。

背景技术

电磁继电器具有极好的通用性、极高的隔离强度、极佳的耐干扰强度等典型优点，广泛应用于工业操作与控制系统、空天飞机、宇航飞船、有人、无人航天器等现代装备中完成控制信号传输、功能控制执行、能源系统配电等功能。电磁继电器设计过程从概念设计开始，以明确设计对象的设计目的，然后到电磁系统和触簧系统的设计选取。以往的设计优化经验表明，在电磁继电器整个设计优化过程的早期，糟糕的决策会对成本和时间产生负面影响，随着时间的推移和项目的成熟，成本和时间会呈指数增长。传统的稳健设计方法在一定程度上可以消除糟糕的早期决策，设计出一个相对可靠性的电磁继电器样品。但是，传统的设计方法通常基于迭代过程，也就是说，这些方法快速地开发了一个“点解决方案”，基于多目标标准对其进行评估，然后它们迭代地移动到其他一些点，直到过程达到满意的点解决方案。在这个迭代过程中，理论上也不能保证过程会收敛并产生最优解。此外，使用点解并不能提供有关不确定性的信息，点解不能明确表达设计师的期望程度(即偏好、意图)，它是一种设计知识，是不确定性因素之一，因而基于点的设计使用单个值来表示不同设计师可能的设计解决方案，不能包含各种偏好形式。

电磁继电器产品全新开发需要探索一个大的设计空间来获得一组可行区间最优设计方案，而不仅仅是一个点解。并行工程领域的一个新兴方法是基于集合的并行工程方法，并行工程于1995年Ward等人，1996年Liker等人，1999年Sobek等人提出，是一种有效设计和管理大规模业务的强大模型。并行工程从一开始就可以考虑更广泛的设计可能性，通过评估所考虑的初始可能性集所能达到的性能，明确传达和分析各种设计方案集并逐步缩小集合，以消除不满足性能要求的劣质替代方案，直到保留最终解决方案。这种基于集合的方法在处理各种工程不确定性方面也提供了许多可能性，这些不确定性在设计的早期阶段是固有的，从而大大减少了后期优化对电磁继电器原始设计变更的需求。

而本发明充分考虑设计要求和设计人员的偏好，同时充分考虑不确定性对质量稳健性的影响，将基于集合的方法进行拓展形成适用于基于电磁继电器稳健设计过程的偏好集方法，进而实现电磁继电器稳健设计，以解决目前电磁继电器稳健性设计优化过程中“点解决方案”带来的伪最优解和没有考虑不确定性的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于偏好集的电磁继电器稳健性优化设计方法，以解决目前电磁继电器稳健性设计优化过程中“点解决方案”带来的伪最优解和没有考虑不确定性的问题。

为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：一种基于偏好集的电磁继电器稳健性优化设计方法，包括以下步骤：

步骤一：根据电磁继电器设计要求和设计目的，筛选出相应的电磁系统和触簧系统的类型，分析与筛选出关键设计参数；

步骤二：建立电磁继电器输出特征有限元计算模型，以计算电磁继电器的关键设计参数和输出性能稳健性的关系；

步骤三：根据电磁继电器设计质量一致性要求，进行电磁继电器输出特征偏好集表示，包括可接受偏好集和最优偏好集，并将偏好集从0到100进行打分；

步骤四：在步骤三的基础上进行电磁继电器输出特征偏好集传播，也就是在给定的关键设计参数范围内使用步骤二建立的电磁继电器输出特征有限元计算模型，计算得到各个参数组合所对应的实际输出特征集合范围；

步骤五：将步骤四的输出特征偏好集的传播与步骤三的输出特征偏好集表示进行对比，若初始设计集内存在可行子集，此时记为该设计子区间可行，若初始设计集内不存在可行子集，则对参数组合进行校正，校正完成后再次重复上述步骤分析初始设计集内是否存在可行子集，实现电磁继电器输出特征偏好集校正；

步骤六：电磁继电器输出特征偏好集缩小，消除劣质或不可接受的设计子区间，从而得到可行的设计子区间，从可行的设计子区间中选择最优设计子区间，以使电磁继电器输出特征稳健；

步骤七：通过步骤二建立的电磁继电器输出特征有限元计算模型，列阵电磁继电器是否满足设计要求和稳健性要求，满足要求则完成电磁继电器的设计，不满足则再次进行步骤六的电磁继电器输出特征偏好集缩小，直至满足设计要求和稳健性要求。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明为解决目前电磁继电器稳健性设计优化过程中“点解决方案”带来的伪最优解和没有考虑不确定性的问题，提出了一种基于偏好集的电磁继电器稳健性优化设计方法，在电磁继电器设计的早期阶段充分考虑设计要求和设计人员的偏好，同时充分考虑不确定性对质量稳健性的影响，从而提升电磁继电器产品初次设计与制造有效性，所提出的基于集合的设计方法，用于本质上包含各种不确定性源的早期设计阶段，在设计不确定性下，通过消除不可行解和次优解集，将设计人员对以偏好要求表示的设计参数的偏好，代替单点解，得到一个可行的稳健最优设计区间集，实现电磁继电器的最优稳健性设计。

附图说明

图1是本发明的基于偏好集的电磁继电器稳健性优化设计方法的流程图；

图2是本发明的偏好集的表示示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1～图2所示，本发明公开了一种基于偏好集的电磁继电器稳健性优化设计方法，包括以下步骤：

步骤一：根据电磁继电器设计要求和设计目的，筛选出相应的电磁系统(拍合式、平衡衔铁式、平衡力式等)和触簧系统(触点转换组数、触点类型等)的类型，并从相应类型中分析与筛选出电磁继电器的关键设计参数；

步骤二：为了计算电磁继电器的关键设计参数和输出性能稳健性的关系，需要建立电磁继电器输出特征有限元计算模型，基于Flux软件建立电磁继电器电磁吸力计算模型，基于Adams软件建立电磁继电器触簧系统反力计算模型，基于Matlab的Simlink联合建立电磁继电器动态特征(吸合时间、释放时间、触点闭合速度、触点分断速度等)计算模型；

步骤三：根据电磁继电器设计质量一致性要求，进行电磁继电器输出特征偏好集表示，该偏好集表示包括可接受偏好集(可以满足质量一致性的需求，但余量较小，生产制造难度大)和最优偏好集(最优的优化目标)，并将该偏好集从0到100进行打分，0表示最低等的可接受偏好集，100表示最优偏好集，该分值用于指定设计变量和性能要求，参照图2所示，在设计变量和性能要求中，允许基于设计师的知识、经验或专有技术和传统设计规范(如：越大越好、越中心越好或者越小越好)来模拟偏好结构；

步骤四：在步骤三的基础上进行电磁继电器输出特征偏好集传播，也就是在给定的关键设计参数范围内使用步骤二建立的电磁继电器输出特征有限元计算模型，计算得到各个参数组合所对应的实际输出特征集合范围；

步骤五：步骤三建立了电磁继电器输出特征偏好集表示，步骤四完成了电磁继电器输出特征偏好集的传播，将输出特征偏好集的传播与输出特征偏好集表示进行对比，若初始设计集内存在可行子集(输出特征偏好集的最优偏好集与输出特征偏好集的传播存在交叉)，此时记为该设计子区间可行，若初始设计集内不存在可行子集，则对参数组合进行校正，校正完成后再次重复上述步骤分析初始设计集内是否存在可行子集，实现电磁继电器输出特征偏好集校正；

步骤六：电磁继电器输出特征偏好集缩小，以消除劣质或不可接受的设计子区间，从而得到可行的设计子区间，为了从这些可行的设计子区间中选择最优设计子区间，需要做出稳健的设计决策，以使电磁继电器产品的性能对各种变化源不敏感，也就是电磁继电器输出特征稳健，该方法还可以通过捕捉设计师的偏好结构来定义可能的设计子区间，除了设计稳健性外，还应考虑设计师的偏好，对设计偏好和鲁棒性进行同步评估，以消除不可行的设计子区间；

步骤七：通过步骤二建立的电磁继电器输出特征有限元计算模型，列阵电磁继电器是否满足设计要求和稳健性要求，满足要求则完成电磁继电器的设计，不满足则再次进行步骤六的电磁继电器输出特征偏好集缩小，直至满足设计要求和稳健性要求。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的装体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种基于偏好集的电磁继电器稳健性优化设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：根据电磁继电器设计要求和设计目的，筛选出相应的电磁系统和触簧系统的类型，分析与筛选出关键设计参数；

步骤二：建立电磁继电器输出特征有限元计算模型，以计算电磁继电器的关键设计参数和输出性能稳健性的关系；

步骤三：根据电磁继电器设计质量一致性要求，进行电磁继电器输出特征偏好集表示，包括可接受偏好集和最优偏好集，并将偏好集从0到100进行打分；

步骤四：在步骤三的基础上进行电磁继电器输出特征偏好集传播，具体包括：在给定的关键设计参数范围内使用步骤二建立的电磁继电器输出特征有限元计算模型，计算得到各个参数组合所对应的实际输出特征集合范围；

步骤五：将步骤四的输出特征偏好集的传播与步骤三的输出特征偏好集表示进行对比，若初始设计集内存在可行子集，此时记为该设计子区间可行，若初始设计集内不存在可行子集，则对参数组合进行校正，校正完成后再次重复上述步骤分析初始设计集内是否存在可行子集，实现电磁继电器输出特征偏好集校正；

步骤六：通过所述步骤五，电磁继电器输出特征偏好集缩小，消除劣质或不可接受的设计子区间，从而得到可行的设计子区间，从可行的设计子区间中选择最优设计子区间，以使电磁继电器输出特征稳健；

步骤七：通过步骤二建立的电磁继电器输出特征有限元计算模型，列阵电磁继电器是否满足设计要求和稳健性要求，满足要求则完成电磁继电器的设计，不满足则再次进行步骤六的电磁继电器输出特征偏好集缩小，直至满足设计要求和稳健性要求。

2.根据权利要求1所述的一种基于偏好集的电磁继电器稳健性优化设计方法，其特征在于：所述步骤二中的电磁继电器输出特征有限元计算模型包括基于Flux软件建立电磁继电器电磁吸力计算模型，基于Adams软件建立电磁继电器触簧系统反力计算模型，基于Matlab的Simlink联合建立电磁继电器动态特征计算模型。

3.根据权利要求1所述的一种基于偏好集的电磁继电器稳健性优化设计方法，其特征在于：所述步骤三中偏好集打分时，0表示最低等的可接受偏好集，100表示最优偏好集，打分的分值用于指定设计变量和性能要求，在设计变量和性能要求中，基于设计师的知识、经验或专有技术和传统设计规范来模拟偏好结构。

4.根据权利要求1所述的一种基于偏好集的电磁继电器稳健性优化设计方法，其特征在于：所述步骤六中选择最优设计子区间的方法通过捕捉设计师的偏好结构来定义可行的设计子区间，基于设计稳健性和设计师的偏好，对设计偏好和鲁棒性进行同步评估，以消除不可行的设计子区间。

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