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基于多岛遗传算法与响应面法的横向磁通感应加热装置参数优化设计

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admin 发表于 2024-12-14 12:03 | 查看全部 阅读模式

文档名:基于多岛遗传算法与响应面法的横向磁通感应加热装置参数优化设计
摘要:对金属带材进行横向磁通感应加热(TFIH)时,通常会存在加热温度分布不均匀以及加热温度偏离目标值两个问题.该文研究了加热器结构参数与电源参数对45号钢带材回火热处理温度的影响,并对两种参数分别进行优化,使带材在加热器出口处的平均温度达到目标值600℃,同时获得均匀的温度分布.采用Morris法对加热器结构参数进行全局灵敏度分析,选取显著影响相对不均匀度的参数并建立径向基函数(RBF)神经网络预测模型.使用多岛遗传算法(MIGA)对筛选的结构参数进行优化,初步获得均匀的温度分布.最后以降低温度分布的相对不均匀度和达到理想平均温度为目标,在优化后的加热器结构基础上使用响应面法(RSM)优化电源参数,实现多目标优化设计.仿真验证结果表明,45号钢带材在加热器出口处的平均温度为600.06℃、相对不均匀度为2.36%,满足45号钢回火热处理的要求.

Abstract:Transversefluxinductionheating(TFIH)devicesarewidelyusedintheheattreatmentprocessofflatworkpieces,suchasmetalstrips.Theheatingresultsaffecttheapplicationperformanceofmetalstrips.Idealaveragetemperatureanduniformtemperaturedistributionofthestripattheheateroutletaredesiredwhentheheatingstateofthestripisstable.Thestandardtemperingtemperatureof45#steelis600℃.Thispaperdividestheoptimizationparametersintostructuralandpowersupplyparameterstomeetheattreatmentrequirements.Differentmethodsareusedtoreduceoptimizationdifficultieswhilemaintainingoptimizationaccuracy.ThestructureoftheTFIHdeviceisdeterminedbysevenparameters.Theairgapbetweenthemagneticpoleandthestripshouldbeassmallaspossibletomeettheprocessingtechnology.Aglobalsensitivityanalysis(GSA)basedontheMorrismethodranksthesensitivityoftherelativenon-uniformitytothesixcoilstructuralparameters.Thetopfourstructuralparameterswithsignificanteffectsarescreenedout,ensuringoptimizationaccuracywhilereducingcalculationtime.Duetothestrongrobustness,theradialbasisfunction(RBF)neuralnetworkpredictionmodelreplacesthefiniteelementcalculationmodeltoestimatenonlinearfunctions.TheoptimalLatinhypercubedesign(OLHD)samples100times,andthesamplingresultsareusedasthetrainingsamplepointsofthepredictionmodel.Aftertesting,theRBFneuralnetworkmodelhashighpredictionaccuracywithinthevariationrangeoftheinputparameters.Themulti-islandgeneticalgorithm(MIGA)optimizesthescreenedstructuralparametersglobally.Theresultsshowthattherelativenon-uniformityisreducedfrom2.88%to2.38%afteroptimization,effectivelyimprovingthetemperaturedistributionuniformity.Basedontheoptimizedstructuralparameters,theresponsesurfacemethod(RSM)isusedtooptimizethecurrentandfrequency.Consequently,theaveragetemperatureisclosetothetargetvalue,andtherelativenon-uniformityismaintainedatalowlevel.Therelativenon-uniformityandtheaveragetemperatureexpressionsforpowersupplyparametersarefittedseparatelyusingasecond-orderpolynomial.Bothmodelsaretestedbythevariance(ANOVA)analysis.Themulti-objectiveoptimizationisthenperformedusingtheresponseoptimizerinDesign-Expert.Theresultsshowthataftertheoptimizationofstructuralparametersandpowersupplyparameters,whenthestripheatingstatereachesstability,therelativenon-uniformityofthestripsurfacetemperaturedistributionattheheateroutletis2.36%,andtheaveragetemperatureis600.06℃,whichcanmeetthetemperingrequirementsof45#steelstrip.

作者:刘志赢  汪友华  刘成成  彭江湃  宋华宾Author:Liuzhiying  WangYouhua  LiuChengcheng  PengJiangpai  SongHuabin
作者单位:省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室(河北工业大学)天津300130;河北省电磁场与电器可靠性重点实验室(河北工业大学)天津300130
刊名:电工技术学报 ISTICEIPKU
Journal:TransactionsofChinaElectrotechnicalSociety
年,卷(期):2024, 39(10)
分类号:TG155.2
关键词:横向磁通感应加热  全局灵敏度分析  径向基函数神经网络模型  多岛遗传算法响应面法  
Keywords:Transversefluxinductionheating  globalsensitivityanalysis  radialbasisfunctionneuralnetworkmodel  multi-islandgeneticalgorithm  responsesurfacemethod  
机标分类号:TH122.1TG156.5U463.33
在线出版日期:2024年5月31日
基金项目:河北省省级科技计划资助项目,河北省省级科技计划资助项目基于多岛遗传算法与响应面法的横向磁通感应加热装置参数优化设计[
期刊论文]  电工技术学报--2024, 39(10)刘志赢  汪友华  刘成成  彭江湃  宋华宾对金属带材进行横向磁通感应加热(TFIH)时,通常会存在加热温度分布不均匀以及加热温度偏离目标值两个问题.该文研究了加热器结构参数与电源参数对45号钢带材回火热处理温度的影响,并对两种参数分别进行优化,使带材在加...参考文献和引证文献
参考文献
引证文献
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