改進(jìn)蟻群算法在YKK系列中型高壓電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

賈榮生

摘 要：在工業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中，則主打高效電機(jī)，通過對電機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)以有效提升其工作效率、降低工作能耗。在此基礎(chǔ)之上，本文將通過對蟻群算法進(jìn)行改進(jìn)，并簡要分析改進(jìn)蟻群算法在YKK系列中型高壓電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：蟻群算法；高壓電機(jī)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.13.149

1 蟻群算法及其改進(jìn)

螞蟻算法即蟻群算法，簡單來說就是一種在圖中進(jìn)行優(yōu)化路徑找尋的機(jī)率型算法。如果假設(shè)在圖中共有n個(gè)城市，在轉(zhuǎn)移概率的影響之下每一只螞蟻將隨機(jī)從城市i向相鄰城市j進(jìn)行轉(zhuǎn)移，則可以用公式表示

螞蟻的轉(zhuǎn)移概率。在這一公式當(dāng)中城市i與j在t時(shí)刻信息搜索下的信息素強(qiáng)度用表示，作為兩個(gè)參數(shù)和的值分別大于零，而城市i與j的距離倒數(shù)則用表示，其也被看做是啟發(fā)信息之一。下一步螞蟻將選擇的城市則用進(jìn)行表示，在經(jīng)過一定時(shí)間之后，信息將不斷更新，以往信息將慢慢消失，此時(shí)使用代表信息消失的程度，螞蟻?zhàn)詈髮⒔?jīng)過n個(gè)時(shí)刻完成一次循環(huán)。通過運(yùn)用公式：

及時(shí)調(diào)整路徑中的各個(gè)信息量，但由于存在也就是信息量壞法系數(shù)，因此會在很大程度上減小未能被所搜索到的信息量，使得算法無法進(jìn)行全局搜索，因此本文通過提出對值進(jìn)行變化，使得，以完成對蟻群算法的優(yōu)化。當(dāng)在N次循環(huán)當(dāng)中利用算法求得的最優(yōu)值仍然保持相對固定的情況下，可以要求減小至。

其中最小值為，此舉能夠有效避免因無限制減小到使得算法收斂速度受到影響。考慮到Y(jié)KK系列中型高壓電機(jī)中優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)相悖于約束函數(shù)，其設(shè)計(jì)數(shù)值函數(shù)不僅具有較高的非線性程度，且十分復(fù)雜，因此經(jīng)過多次斟酌考量最終將迭代次數(shù)和螞蟻數(shù)分別設(shè)置為15和5，值取0.3，而和則均取值為1。

2 改進(jìn)蟻群算法在YKK系列中型高壓電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

（1）路徑的構(gòu)建。在進(jìn)行路徑構(gòu)建的過程當(dāng)中，需要將原來的設(shè)計(jì)變量向優(yōu)化變量進(jìn)行轉(zhuǎn)化，使之可以形成蟻群算法當(dāng)中，以矩陣形式進(jìn)行表示的螞蟻可行域。

（2）處理約束條件。將作為目標(biāo)函數(shù)，并且受不小于零（i=1，2，3，…，m）的限制，其中具體的約束數(shù)量用m表示，之后可以運(yùn)用公式表示等價(jià)的優(yōu)化非約束問題。如果目標(biāo)函數(shù)為懲罰函數(shù)，并將對任意一種違背約束進(jìn)行相應(yīng)懲罰，同時(shí)要求放優(yōu)化非約束能夠無限靠近可行域，那么我們可以將懲罰函數(shù)表示為 在這一公式當(dāng)中懲罰參數(shù)即懲罰因子用表示，其會根據(jù)具體的違背程度進(jìn)行不斷變化[2]。

（3）信息素矩陣的構(gòu)建。當(dāng)螞蟻從原來的第i行變量進(jìn)行第j行變量期望度選擇時(shí)，同樣可以使用矩陣的形式表示信息素，并且信息素和變量矩陣相互對應(yīng)。

（4）啟發(fā)式信息。在每一條路徑當(dāng)中，信息量受到的重視程度均通過值的具體大小進(jìn)行判斷，如果值非常大，則搜索會在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)深陷局部最小點(diǎn)的情況，因此本文將值設(shè)定為1，即可有效避免這一問題的發(fā)生。而啟發(fā)式信息受到的重視程度則通過β值的大小進(jìn)行判斷，β值越大則越能代表啟發(fā)式信息受重視。

（5）構(gòu)建解。通過利用相關(guān)公式完成隨機(jī)概率的計(jì)算，此時(shí)，螞蟻能夠從其尚未訪問和搜索過的變量當(dāng)中進(jìn)行下一變量的選擇，并按照此步驟逐漸選擇每一個(gè)優(yōu)化變量，在利用接口將選擇的優(yōu)化變量轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)變量之后，將其放入至主程序當(dāng)中，從而通過電磁核算的方式精確、科學(xué)地完成評估優(yōu)化設(shè)計(jì)電機(jī)方案的工作。

（6）信息素的更新與檢驗(yàn)。在進(jìn)行信息素矩陣更新的過程當(dāng)中可以通過使用公式：

此后需要對結(jié)束條件的檢驗(yàn)環(huán)節(jié)，在這一檢驗(yàn)環(huán)節(jié)中如果眼下的迭代次數(shù)與之前設(shè)定的最大次數(shù)相吻合，則代表符合結(jié)束條件，此時(shí)可以不同繼續(xù)進(jìn)行迭代而直接進(jìn)行最優(yōu)解的輸出。

（7）應(yīng)用案例。本文通過以YKK系統(tǒng)中型高壓電機(jī)為例，使用改進(jìn)后的蟻群算法優(yōu)化電機(jī)，發(fā)現(xiàn)在使用改進(jìn)后的蟻群算法優(yōu)化方案之后，電機(jī)不僅能夠與標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)要求相符合，同時(shí)其效率得到明顯提升，平均最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)能夠到達(dá)2.36左右，相比于之前1.80的平均轉(zhuǎn)矩倍數(shù)也有著明顯提升。

3 結(jié)束語

總而言之，通過立足于電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)際特點(diǎn)，在改進(jìn)蟻群算法并經(jīng)過相關(guān)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)，在YKK系統(tǒng)中型高壓電機(jī)當(dāng)中，使用改進(jìn)蟻群算法的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案確實(shí)能夠有效提升效率、最大轉(zhuǎn)矩以及其他相關(guān)參數(shù)，同時(shí)對于節(jié)約有效材料使用量等也具有較好的效果，因此這一方案基本上能夠起到預(yù)期的優(yōu)化效果，具有一定的實(shí)用性和推廣意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]孟大偉，徐磊.自適應(yīng)蟻群算法在YKK系列中型高壓電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].大電機(jī)技術(shù)，2015（03）：1-4+16.

[2]呂海鵬.改進(jìn)蟻群算法在YKK系列中型高壓電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[D].哈爾濱理工大學(xué)，2015.