1     前言

機電產(chǎn)品設計包含結(jié)構(gòu)場設計、電磁場設計、流體場設計、聲場設計，因此如何使產(chǎn)品具有足夠的競爭力，設計出滿足要求的高性價比產(chǎn)品，就必須針對產(chǎn)品進行挖掘性的研究。

 如何對產(chǎn)品進行深入性研究，隨著先進有限元技術(shù)逐漸引入到產(chǎn)品設計中，之前受限于計算機的計算能力，有限元分析技術(shù)很難在工程中獲得大規(guī)模的使用。

 但隨著超級計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，有限元技術(shù)可以快捷、準確地指導產(chǎn)品的設計，尤其是先進優(yōu)化計算方法的使用可以快捷地搜尋到高性價比的方案，使有限元的優(yōu)化設計功能越來越受到重視。

要實現(xiàn)電磁場的優(yōu)化設計，就必須要有針對模型的參數(shù)化建模功能，要具有針對產(chǎn)品多維參數(shù)的尋優(yōu)功能；JMAG軟件具有方便參數(shù)化建模的功能，也具有與外部優(yōu)化軟件的直接耦合的接口。

JMAG Optimization將參數(shù)化、優(yōu)化算法、靈敏度分析和統(tǒng)計分析嵌入到JMAG仿真中，用戶可以通過將模型的幾何尺寸、材料常數(shù)等參數(shù)設置為變量，通過在Optimization中進行參數(shù)化掃描分析，研究幾何形狀與材料變化對產(chǎn)品性能的影響，從而優(yōu)選最佳設計方案。與CCM+、LMS、abaqus耦合時，modeFrontier可以多物理域系統(tǒng)級優(yōu)化等功能。

本文主要通過將磁鋼厚度、隔磁磁橋厚度、磁鋼槽距離外徑距離、磁鋼寬度和相位角進行參數(shù)化，目標是使轉(zhuǎn)矩均值最大和轉(zhuǎn)矩波動率最小。

2      JMAG Designer多目標優(yōu)化操作流程

2.1    制定參數(shù)

1、尺寸參數(shù)：如圖2-1a和2-1b所示，選擇磁鋼厚度（與磁鋼槽同厚度，geometry editor中名稱“距離”）、隔磁磁橋的厚度（geometry editor中名稱“距離.9”）、磁鋼槽距離外徑的長度（geometry editor中名稱“距離.4”）、磁鋼寬度1/2值（geometry editor中名稱“距離.8”）。與參數(shù)選擇對話框的變量對應關系如圖2-2所示。

         圖2-1a geometryeditor中的尺寸參數(shù)

 圖2-1b geometryeditor中的尺寸參數(shù)

  圖2-2 參數(shù)選擇

2、電參數(shù)：電流相位角。通過設置電流相位角為參數(shù)變量，求出在給定的電流相位角下轉(zhuǎn)矩的最大值。

2.2   與幾何編輯器Link

1、按如下點擊“select CAD Parameters...”。

圖2-3 選擇CAD參數(shù)

2、彈出如圖2.4對話框，選擇Restore CAD link，恢復CAD link，幾何編輯器出現(xiàn)，目的是將Designer和幾何編輯器進行了Link。

      圖 2-4 CAD Link提示對話框

選擇Restore CAD link的同時在Designer中自動彈出如下如圖2-5幾何參數(shù)選擇對話框。

圖2-5 幾何參數(shù)選擇對話框

3、在如圖2.-6的geometry editor幾何編輯器中設置圖形尺寸的約束條件。

 圖2-6 geometryeditor幾何約束條件設置

4、在如圖2-5中選擇需要參數(shù)化的幾何參數(shù)。

5、如圖2-7和2-8設置variable name，并且在最前面的方框中勾選。這樣designer中參數(shù)就與幾何編輯器實際尺寸形成一個Link。

                 圖2-7 參數(shù)名稱設置1

圖2-8 參數(shù)名稱設置2

 2.3    選擇優(yōu)化參數(shù)

選擇優(yōu)化參數(shù)，可以選擇點坐標，可以選擇約束函數(shù)值，可以選擇材料。

1、右鍵點擊Study>Case Control，彈出如圖2-9所示列表，選擇select Parameters...，彈出如圖2-10優(yōu)化參數(shù)對話框，可以看到幾何參數(shù)已經(jīng)默認勾選，這個案例只需要再勾選相位角即可。

圖2-9 選擇操作按鈕

圖2-10 優(yōu)化參數(shù)選擇對話框

2.4    設置優(yōu)化參數(shù)變量

 1、設置參數(shù)的范圍

為節(jié)省計算時間，需要對優(yōu)化的參數(shù)進行范圍設置，優(yōu)化過程在一定范圍內(nèi)進行計算，篩選出最優(yōu)解。

右鍵點擊Study>Case Control，彈出如圖2-11的列表，選擇Optimization...選項，彈出如圖2-12的對話框。在constraint conditions選項卡下對幾何參數(shù)和相位角度進行范圍設置。

圖2-11 Optimization操作按鈕

圖2-12 優(yōu)化參數(shù)操作界面

2、如果參數(shù)之間有關聯(lián)，則關聯(lián)參數(shù)之間的關系。在ObjectiveFunctions選項卡下點擊Add...按鈕進行參數(shù)關聯(lián)。本案例參數(shù)間無關聯(lián)。

圖2-13 關聯(lián)參數(shù)對話框

2.5    計算當前case

因為目標參數(shù)轉(zhuǎn)矩均值和轉(zhuǎn)矩波動率需要通過運行case后才能得到，因此需要先對當前case進行計算，然后將轉(zhuǎn)矩均值Tave和轉(zhuǎn)矩波動率Trip注冊到Results下。

 運行完成后，進行如下操作。

  1、顯示轉(zhuǎn)矩波形

右鍵單擊>study>Results>Graphs，出現(xiàn)圖2-14輸出參數(shù)選擇列表，選擇Torque>show打開轉(zhuǎn)矩波形圖。

 圖2-14輸出參數(shù)選擇列表

2、如圖2-15轉(zhuǎn)矩波形圖（圖示為轉(zhuǎn)矩波形圖的菜單欄），左鍵點擊菜單欄Calculation選項，點擊ResponseGraph Data...，出現(xiàn)如圖2-16創(chuàng)建響應圖形數(shù)據(jù)對話框。在Calculation項選擇SimpleAverage，變量名稱設置為Tave，點擊OK按鈕出現(xiàn)如圖2-17注冊響應數(shù)據(jù)操作界面，點擊Registeras Response Data，則如圖2-18在result下出現(xiàn)Tave，同理需要注冊轉(zhuǎn)矩波動率Trip。這樣優(yōu)化目標將也自動出現(xiàn)在case control下Optimization對話框中。

圖2-15 轉(zhuǎn)矩波形圖操作界面

 圖2-16 Create Response Graph Data對話框

圖2-17 注冊響應數(shù)據(jù)操作界面

圖2-18 Response Data結(jié)果列表

2.6    設置優(yōu)化目標

右鍵點擊>study>casecontrol，左鍵點擊Optimization...選項，出現(xiàn)如圖2-19對話框，設置優(yōu)化目標函數(shù)，在[Optimization]點擊[ObjectiveFunction]選項卡，設置兩個優(yōu)化目標函數(shù)。

圖2-19 設置優(yōu)化目標函數(shù)

圖2-20 增加優(yōu)化目標函數(shù)按鈕

按圖2-20所示點擊Add按鈕，出現(xiàn)如圖2-21所示優(yōu)化目標表達式編輯器界面，按如下步驟進行操作。

 1、Description中名稱為用戶輸入，可以是任意的名稱。

 2、Expression中的參數(shù)可以通過雙擊ParametricVariables下Tave，則Tave將自動出現(xiàn)在Expression中，在Expression欄的右側(cè)選擇Maximize，點擊OK按鈕。同樣對轉(zhuǎn)矩波動率Trip表達式進行設置。

圖2-21 優(yōu)化目標表達式編輯器界面

2.7    設置 [Optimization Engine]

如圖2-22點擊Options選項卡，設置優(yōu)化引擎OptimizationEngine，懸著多目標遺傳算法Multi-objective Genetic Algorithm，此時所有的優(yōu)化計算設置完畢。

圖2-22 優(yōu)化引擎選擇界面

 3   運行計算

如圖3-1所示點擊[Running]按鈕(開始執(zhí)行優(yōu)化計算)，將生成約100多個cases。

圖3-1 運行按鈕界

4     顯示計算結(jié)果

1、右鍵點擊>study>Results>ResponseGraph>Graphs，出現(xiàn)如圖4-1操作列表，左鍵點擊Generate...選項，出現(xiàn)如圖4-2的響應圖形對話框，X坐標選擇轉(zhuǎn)矩平均值Tave，Y坐標選擇轉(zhuǎn)矩波動率Trip，點擊OK，出現(xiàn)如圖4-3所示列出了轉(zhuǎn)矩均值Tave最大和轉(zhuǎn)矩波動率Trip最小的優(yōu)化方案，標識紅色的為優(yōu)中選優(yōu)的方案。

圖4-1 Response Graph界面生成按鈕

圖4-2 Response Graph界面生成操作對話框

圖4-3 Response Graph最優(yōu)解方案圖形界面

2、看不同相關性分析

右鍵點擊>study>Results>Response Graph>Response Data，出現(xiàn)如圖4-4所示操作列表，左鍵點擊View Correlation...選項，出現(xiàn)如圖4-5所示相關因子圖形界面，查看參數(shù)與設計目標間關系，找出相關因子。

圖4-4顯示相關性操作按鈕

圖4-5 變量參數(shù)和目標參數(shù)間相關性圖表

來源：西莫電機論壇