[W-OP-119] 設計空間の絞り込みを用いた多目的・多制約最適化問題の大域的設計探査

目次
概要
1. PMモータの多目的・多制約最適化問題
2. 設計空間の絞り込みによる最適化計算の高速化
3. 設計空間の絞り込み方法の比較
 3.1 等価回路モデルによる設計空間の絞込み
 3.2 実験計画法による絞込み
4. 絞り込み手法と計算コスト
5. まとめ
6. 参考文献

概要

高性能な電気機器設計は多数の要件を満たす必要があるため多目的・多制約最適化が求められる。このような最適化問題は狭く複雑な実行可能領域(すべての制約を満たす設計空間)を探索することになる。探査方法として遺伝的アルゴリズム(GA)のような多点探索が有効であるが、計算量が膨大になる問題がある。そこで計算量を削減するため前処理として設計空間の絞り込みを行う。しかし、絞り込み方法によっては経験や属人的な判断が必要になることや正しく絞り込めない可能性がある。
本稿ではPMモータの最適化問題を事例に最適化計算の前処理として設計空間の絞り込みを行うことで計算コストを削減できることを示す。更に絞り込み方法として等価回路モデルを用いたGA、実験計画法、FEAモデルを用いたGAの比較を行なった。等価回路モデル、実験計画法は計算コストが少ないものの正しく絞り込めない場合があることを示す。

1. PMモータの多目的・多制約最適化問題

自動車駆動用モータのような高性能が要求される機器の最適化問題は複数の目的関数、制約条件を要する[1]。例えば駆動用モータは運転動作領域が1点ではなく面で評価されるため、トルクなどの目的関数は複数動作点について必要となる。また磁気設計と機械設計とのトレードオフなど目的関数の数は増える傾向にある。例えば最高回転数が3倍以上になると、(続く)


モータ形状と変更寸法


最適化計算結果と実行可能解(一段階のみ)

縦軸は低速時鉄損、横軸は低速時トルクを表す。黒色は全世代の個体、赤色は実行可能解を表す。実行可能解数は334。

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