(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210972274.1 (22)申请日 2022.08.15 (71)申请人 大连理工大 学 地址 116024 辽宁省大连市甘井 子区凌工 路2号 申请人 大连理工大 学宁波研究院 (72)发明人 郭江　秦璞　倪超　王靖皓　朱旭　 李琳光　 (74)专利代理 机构 辽宁鸿文知识产权代理有限 公司 21102 专利代理师 许明章　王海波 (51)Int.Cl. G06F 30/27(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01)G06N 3/04(2006.01) G06N 3/08(2006.01) G06N 3/12(2006.01) G06F 111/06(2020.01) (54)发明名称 一种基于多目标的电磁阀结构参数优化设 计方法 (57)摘要 一种基于多目标的电磁阀结构参数优化设 计方法， 步骤： 建立电磁阀有限元仿真模 型； 选择 电磁阀的优化参数和优化目标， 确定电磁阀的多 目标优化模 型； 利用人工神经网络构建电磁阀优 化参数与优化目标之间的关系模 型。 包括构建仿 真实验数据库和利用仿真数据库训练人工神经 网络， 构建电磁阀优化参数与优化目标之间的关 系模型； 利用遗传算法对电磁阀结构进行多目标 优化。 包括构建遗传算法的适应度函数、 利用遗 传算法寻找最优解集和构建决策函数并在最优 解集中决策最优解。 本发明以电磁阀隔磁环位 置、 动铁芯长度及线圈匝数为优化参数， 以缩短 电磁阀响应时间和提高电磁阀稳态电磁力为优 化目标， 最终实现电磁阀结构参数的多目标优 化， 为电磁阀结构参数的多目标优化设计提供方 法。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 115438573 A 2022.12.06 CN 115438573 A 1.一种基于多目标的电磁阀结构参数优化设计方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 第一步： 建立电磁阀的有限元仿真模型， 并实验 验证仿真模型的可靠性； 根据待优化电磁阀的结构尺寸参数， 构建电磁阀的二维有限元模型， 并通过实验验证 模型的可靠性； 第二步： 选择电磁阀的优化 参数和优化目标， 即确定电磁阀的多目标优化模型； 根据电磁阀的优化 参数以及优化目标， 构建电磁阀的多目标优化模型如下： 其中， T为电磁阀响应时间； F为电磁阀动铁芯稳态电磁力； X1， ...， Xn为电磁阀的优化参 数； 为第i个优化 参数的最小取值； 为第i个优化 参数的最大 取值； 第三步： 利用人工神经网络构建电磁阀优化 参数与优化目标之间的关系模型 3.1构建仿真实验数据库 在优化参数的取值范围内取一系列不同值展开若干次仿真实验， 每次仿真实验中记录 每组优化 参数对应的优化目标值， 构建仿真实验数据库； 3.2利用仿真数据库训练人工神经网络， 构建电磁 阀优化参数与优化目标之间的关系 模型 所述的人工神经网络为单隐藏层的BP人工神经网络； 输入层神经元数量与优化参数相 等； 输出层神经元对应电磁阀的优化目标； 选择仿真数据库中75％的数据作为训练集训练 网络， 训练完 毕后， 其余25％的数据作为测试集测试网络预测精度， 若网络预测结果与仿 真 结果之间的误差在5％以内， 则将此网络作为电磁阀优化参数与优化目标之 间的关系模型； 若误差超过5％， 则应重新训练网络； 第四步： 利用遗传算法对电磁阀结构进行多目标优化； 4.1构建遗传算法的适应度函数 利用第三 步得到的关系模型构建遗传算法的适应度函数如下： 其中， θi为种群中2第i个个体的适应度； Ti’和Fi′为种群中第i个个体的稳态电磁力以 及响应时间的预测值， 此 预测值通过步骤三建立的神经网络模型计算； 所述的θi值越小， 则说明该个体对应的稳态电磁力越大、 响应时间越短， 其对应的电磁 阀性能越高， 个 体的适应度就越高； 4.2利用遗传算法寻找最优解 集 在优化参数的取值范围内， 生成n个个体作为初始种群， 计算种群中每个个体的适应 度； 并将个体按照适应度进行排序， 淘汰掉个体适应度低的个体， 保留个体适应度高的个 体； 保留的个体经 交叉、 变异 生成新的种群； 重复上述过程， 直至种群更迭代数达到预设值， 并将最终产生的种群输出作为 最优解集； 4.3构建决策函数， 在最优解 集中决策最优解权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115438573 A 2根据优化目标构建的决策函数为： 其中： a， b为决策参数， 通过改变a， b的值来调整电磁力和响应时间在最终决策中的权 重； T0为优化前电磁阀的响应时间， Ti为最优解集中第i个个体的响应时间； F0为优化前电磁 阀的稳态电磁力大小， Fi为最优解集中第i个 个体的稳态电磁力大小； 计算步骤4.2最优解集中每组参数的σ 值， 选择σ 值最大的参数组作为多目标优化的最 终结果。 2.根据权利要求1所述的一种基于多目标的 电磁阀结构参数优化设计方法， 其特征在 于， 所述第一步中， 对电磁阀有限元模型可靠性的验证包括利用数显测力仪对电磁阀稳态 电磁力的验证、 利用激光位移传感器对电磁阀响应时间的验证， 若仿真值与实际值的误差 在10％以内， 则认为有 限元仿真模型可靠； 若误差超过10％， 则认为有限元仿真模型不可 靠， 需调整模型 结构及有限元仿真的收敛 条件， 直至误差缩小在10％以内。 3.根据权利要求1所述的一种基于多目标的 电磁阀结构参数优化设计方法， 其特征在 于， 所述步骤4.2中， 交叉过程是通过交换两个个体的某一优化参数值来实现的， 变异过程 是通过选择个体的一个优化参数后生成一个新的值将其取代来实现的； 交叉概率和变异 概 率根据需求调整。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115438573 A 3