改進蟻群算法在YKK系列中型高壓電機優化設計中的應用

賈榮生

摘 要：在工業領域當中，則主打高效電機，通過對電機進行優化設計以有效提升其工作效率、降低工作能耗。在此基礎之上，本文將通過對蟻群算法進行改進，并簡要分析改進蟻群算法在YKK系列中型高壓電機優化設計中的應用。

關鍵詞：蟻群算法；高壓電機；優化設計；應用

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

1 蟻群算法及其改進

螞蟻算法即蟻群算法，簡單來說就是一種在圖中進行優化路徑找尋的機率型算法。如果假設在圖中共有n個城市，在轉移概率的影響之下每一只螞蟻將隨機從城市i向相鄰城市j進行轉移，則可以用公式表示

螞蟻的轉移概率。在這一公式當中城市i與j在t時刻信息搜索下的信息素強度用表示，作為兩個參數和的值分別大于零，而城市i與j的距離倒數則用表示，其也被看做是啟發信息之一。下一步螞蟻將選擇的城市則用進行表示，在經過一定時間之后，信息將不斷更新，以往信息將慢慢消失，此時使用代表信息消失的程度，螞蟻最后將經過n個時刻完成一次循環。通過運用公式：

及時調整路徑中的各個信息量，但由于存在也就是信息量壞法系數，因此會在很大程度上減小未能被所搜索到的信息量，使得算法無法進行全局搜索，因此本文通過提出對值進行變化，使得，以完成對蟻群算法的優化。當在N次循環當中利用算法求得的最優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YKK系列中型高壓電機中優化目標函數相悖于約束函數，其設計數值函數不僅具有較高的非線性程度，且十分復雜，因此經過多次斟酌考量最終將迭代次數和螞蟻數分別設置為15和5，值取0.3，而和則均取值為1。

2 改進蟻群算法在YKK系列中型高壓電機優化設計中的應用

（1）路徑的構建。在進行路徑構建的過程當中，需要將原來的設計變量向優化變量進行轉化，使之可以形成蟻群算法當中，以矩陣形式進行表示的螞蟻可行域。

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

（3）信息素矩陣的構建。當螞蟻從原來的第i行變量進行第j行變量期望度選擇時，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。

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

（5）構建解。通過利用相關公式完成隨機概率的計算，此時，螞蟻能夠從其尚未訪問和搜索過的變量當中進行下一變量的選擇，并按照此步驟逐漸選擇每一個優化變量，在利用接口將選擇的優化變量轉化為設計變量之后，將其放入至主程序當中，從而通過電磁核算的方式精確、科學地完成評估優化設計電機方案的工作。

（6）信息素的更新與檢驗。在進行信息素矩陣更新的過程當中可以通過使用公式：

此后需要對結束條件的檢驗環節，在這一檢驗環節中如果眼下的迭代次數與之前設定的最大次數相吻合，則代表符合結束條件，此時可以不同繼續進行迭代而直接進行最優解的輸出。

（7）應用案例。本文通過以YKK系統中型高壓電機為例，使用改進后的蟻群算法優化電機，發現在使用改進后的蟻群算法優化方案之后，電機不僅能夠與標準設計要求相符合，同時其效率得到明顯提升，平均最大轉矩倍數能夠到達2.36左右，相比于之前1.80的平均轉矩倍數也有著明顯提升。

3 結束語

總而言之，通過立足于電機優化設計的實際特點，在改進蟻群算法并經過相關實驗驗證后發現，在YKK系統中型高壓電機當中，使用改進蟻群算法的優化設計方案確實能夠有效提升效率、最大轉矩以及其他相關參數，同時對于節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期的優化效果，具有一定的實用性和推廣意義。

參考文獻：

[1]孟大偉，徐磊.自適應蟻群算法在YKK系列中型高壓電機優化設計中的應用[J].大電機技術，2015（03）：1-4+16.

[2]呂海鵬.改進蟻群算法在YKK系列中型高壓電機優化設計中的應用[D].哈爾濱理工大學，2015.