电机优化程序使用说明

电机优化程序使用说明
引言
- 1编写目的
- 2项目背景
- 3 定义
软件概述
- 1目标
- 2功能
- 3 性能
运行环境
- 1硬件
  - 硬件最小配置
  - 硬件推荐配置
- 2支持软件
使用说明
- 1安装和初始化
  - 第一步解压缩软件包到一个目录下
  - 第二步设置系统PATH变量
  - 第三步打开gaWizardexe
- 2输入
  - 21数据背景
  - 22数据格式
  - 23输入举例
  - 几个关键的部分
- 3输出
  - 31数据背景
  - 32数据格式
  - 33举例
  - 4出错和恢复
  - 5求助查询
运行说明
- 1运行表
- 2运行步骤
  - 21运行控制
  - 22操作信息
  - 23输入输出文件
  - 24启动或恢复过程
非常规过程
操作命令一览表
程序文件或命令文件和数据文件一览表
用户操作举例
- 第一步准备Maxwell模型以永磁同步电机为例子
- 第二步设置环境变量
- 第三步使用优化程序

1.引言

1.1编写目的

本手册主要针对电机设计人员而编写，在文中主要介绍了电机优化程序的安装、初始化和使用方法。对于不是很熟悉电机设计和ANSYS Maxwell使用的人员并不适用。

1.2项目背景

电机优化程序是在香港理工大学电磁实验室傅为农教授的指导下，由多名研究人员一起合作完成的项目。其中，吴会欢负责算法实现、优化流程、程序界面设计和文档编写。盛田田、翁旭、林启芳、马悦等人负责测试以及反馈错误。

1.3 定义

在电机优化程序中，定义了如下默认设置：

最优方向为目标函数趋向于0

2. 软件概述

2.1目标

希望可以通过一个程序，实现对电动机结构的快速优化，提高电动机的性能，不仅好，而且快。（Computer Automated Design）

2.2功能

电机优化程序是一个使用多目标遗传算法优化电机的程序，它可以配合ANSYS Maxwell优化电机设计。

2.3 性能

a.数据精确度

所有参数最高保留6位小数。

b.时间特性

对于每个任务的设置阶段，程序相应应该在1秒左右，一般不会假死。如果遇到假死问题请关闭程序并重新打开。

c.灵活性

电机优化程序使用ANSYS Maxwell作为评估性能的程序，如果ANSYS Maxwell没有安装在C盘默认路径，请修改PATH。
例如：

版本：16.1

C:\Program Files\AnsysEM\AnsysEM16.1\Win64

上述路径需要添加在PATH中，如果将ANSYS Maxwell安装在E盘的a文件夹中（E:\a），那么需要添加的路径则是：

E:\a\AnsysEM\AnsysEM16.1\Win64

3. 运行环境

3.1硬件

硬件最小配置：

CPU： 1核
内存大小： 1G
硬盘容量： 20G

硬件推荐配置：

CPU： 16核或更多
内存大小： 16GB或更多
硬盘容量： 100GB或更多

3.2支持软件

操作系统：Windows 7或者更高版本, 64bit

支持软件：ANSYS Maxwell 16.02或ANSYS Maxwell 16.1, 64bit

注意：本软件不支持ANSYS Electromagnet Suite 17

4. 使用说明

4.1安装和初始化

第一步：解压缩软件包到一个目录下。

直接使用压缩软件解压即可。

第二步：设置系统PATH变量

将maxwell.exe所在的目录加入PATH
对于Maxwell安装在程序默认路径的用户来说，可以参照一下设置：

版本：16.1

C:\Program Files\AnsysEM\AnsysEM16.1\Win64

用户可以将上述灰色背景的路径复制到资源管理器，然后查看是否存在maxwell.exe这个文件。如果存在的话将上述路径添加至PATH中。

注意：在将路径复制到PATH中时不可以删除原有字符，需要在保留之前字符串，然后在之后输入一个英文分号;后加入C:\Program Files\AnsysEM\AnsysEM16.1\Win64这段字符串

第三步：打开gaWizard.exe

双击gaWizard.exe即可

4.2输入

注意：单目标优化暂时不支持，请使用Maxwell自带的遗传算法实现单目标优化。
电机优化程序中，用户需要准备一个ANSYS Maxwell设计文件，文件格式为mxwl，例如motor.mxwl。
目前，电机优化程序可以支持电机的转矩（Torque）、效率（Efficiency）、功率因数（Power factor）、反电动势（Back EMF）、转矩波动（Ripple）优化，这些参数可以是2个或者多个。在本说明中，我们需要利用这些参数设计目标函数来实现多目标优化。

其他的一些参数列在下面：

名称	属性
支持的电机类型	无限制
目标函数数量	无限制，一般不超过5个
变量数量	无限制，一般不超过50个

4.2.1数据背景

用户需要准备的数据包括电机设计中需要改变的变量名称，变量的范围（上下限）以及单位。
用户可以准备一个下图这样的单子：

4.2.2数据格式

在mxwl文件中，请准备一个design且仅有一个。如下图：

对于优化的目标函数，请在Output Variables里设置，如下图

4.2.3输入举例

在文件目录下，有一个叫2.mxwl的例子文件。用户可以打开它研究一下需要设置的地方应该如何设置。

几个关键的部分

1. Design Properities
2. Output Variables
例如在Output Variables中，torque ripple表示为ripple，它使用的是Moving1.Torque的数据，然后使用ripple函数获得ripple。

3. Ripple图表的设置

上图中ripple的Y轴数据来自ripple(Moving1.Torque)，而不是直接的转剧torque。
4. Power Factor图表的设置
power factor的计算需要电流和反电动势，所以在新建报告的时候需要选择电流和电压两部分。如下图所示：

设置完成便如下图所示：

4.3输出

电机优化程序会输出3个文件，OBJ存放最终的目标函数的结果，VAR存放变量和目标函数的结果，用|符号分隔开。

4.3.1数据背景

OBJ、VAR和result.txt文件将会放在程序所在目录下。

4.3.2数据格式

4.3.3举例

4.4出错和恢复

如何判断出错

程序在运行，但是打开windows任务管理器后发现CPU使用率长时间小于5%，且maxwell.exe进程远小于CPU核心数。例如8核电脑运行程序一段时间后，进度条一直没有前进，而且打开任务管理器后发现只剩下1个或者2个maxwell.exe进程，且相关maxwellEngine和solver2d进程也无反应。
- 解决方法：
  这个问题通常是由于ANSYS Maxwell 程序假死造成，可以通过打开任务管理器，关闭maxwell.exe进程。（一般只有1个或者2个maxwell.exe进程）
在有进度条的界面中，进度条飞快结束
- 解决方法：
  PATH设置有误，请重新设置PATH环境变量。

4.5求助查询

如果遇到无法解决问题请将出错截图和具体的问题描述发送至

whhxp1028@gmail.com 吴会欢

5. 运行说明

5.1运行表

5.2运行步骤

5.2.1运行控制

5.2.2操作信息

5.2.3输入／输出文件

5.2.4启动或恢复过程

6. 非常规过程

7. 操作命令一览表

8. 程序文件（或命令文件）和数据文件一览表

名称	文件名
主程序名	gaWizard.exe
优化程序名	jmetaltest.exe
结果保存文件名	result.txt
默认配置文件名	generalSettings.ini

9. 用户操作举例

第一步：准备Maxwell模型，以永磁同步电机为例子

在优化程序的目录中有一个new.mxwl作为例子。
首先用户需要画一个永磁同步电机。
例如下图的电机：

然后在Design Properities设置变量

然后设置目标函数，用于导出
右键点击Results，选择Output Variables

打开后如下图所示

这里取”efficiency”, “powerfactor”, “ripple”, “torque” 和 “voltage”作为优化的目标函数。由于遗传算法定义目标函数的值趋向0时为最优，所以一些越大越好的参数可以通过一个参考值减去实际值来调整，例如可以用1-Pout/Pin来实现efficiency的目标函数。完成设置之后便如上图。

接下来需要创建Report用于导出。请注意，对于每个目标函数都要建立一个Transient Report。
选择Results点击右键，选择Create Transient Report中的Rectangular Report，分别建立Report。新建完成后请将Report的名字命名为相应的目标函数的名字（注意大小写）。

建立完成后如下图所示

注意：如果需要优化powerfactor请在powerfactor表中包含2个值，分别是同相的Induced Voltage和InputCurrent。需要优化ripple时要使用range function中的ripple函数处理torque。

第二步：设置环境变量

设置PATH
优化程序需要调用maxwell 进行求解，所以用户需要设置windows环境变量。
首先找到控制面板，打开高级系统设置，如下图所示：

点击右下方环境变量按钮，出现如下对话框：

在系统变量中找到PATH这个值，如果没有可以自己新建一下。

点击编辑，出现下图对话框，不要将对话框中选中的字符串删除

在字符串的最后加入ANSYS Maxwell的路径，例如在本机上，ANSYS Maxwell 16.1中的maxwell.exe安装在

C:\Program Files\AnsysEM\AnsysEM16.1\Win64

所以将上述字符串复制，并且粘贴到最后。如果之前字符串最后没有分号，请手工输入英文分好将两个字符串隔开。完成后如下图所示：

点击确定关闭对话框。然后点击剩下的对话框的确定按钮关闭所有对话框，完成环境变量配置。

第三步：使用优化程序

新用户取得程序时，是下图中的一个压缩包：

解压缩

解压缩后，会有一个相应文件名的文件夹出现，里面有一个release文件夹

打开release文件夹，里面有下图中的文件：

其中，gaWizard.exe就是主程序，双击打开即可。
打开后，画面如图所示：

首先需要激活程序，根据对话框提示，点击help按钮，这时会跳出一个对话框，上面显示如下信息：

上图中有一个机器码，它已经被复制到剪切板中。直接点击OK按钮关闭对话框。
这时候，请将机器码粘贴，发送至相关人员处，然后获取类似格式的激活码。
接下来，点击对话框下列中最左边的Activate按钮，输入激活码。

如果错误，则会提示

那么请重新找相关人员进行反馈。
如果正常激活，则会提示

然后点击Next进入优化程序主页面。如果正常激活，那么之后打开程序都将直接进入主页面，如下图

主页面中，用户可以选择2种方式调用优化程序，使用一步一步的方式设置配置文件，或者使用现有的配置文件直接进行优化。
对于新用户，请选择第一种，第一个配置文件设置界面如下图图所示。

点击File Path 列最右边的...按钮，打开之前准备的电机模型。

打开后，程序将自动读取design的名称，以及之前在Output Variables里面定义的目标函数的名称。

接下来选择需要优化的目标函数，这里选择torque，powerfactor和efficiency。

然后，点击下一步，选择变量，这里用户一共定义了16个参数，我们选择其中几个参数作为变量，并且设置上限、下限以及单位，STEP功能尚未完工。

完成设置后点击Next按钮，进入遗传算法设置页面。
如下图：

这里基本不用更改，如果只是测试，请将offspring，population和maxEvaluations的值改小一些，例如offsprings和population改成10，maxEvaluations改成40.

然后点击Next，这里用户需要查看之前的设置是否有错，还可以保存或者打开配置文件。如下图所示。如果没错，请点击I Confirm…，然后点击Next按钮进入优化环节。

开始优化页面就很简单了，点击start开始任务

然后等待进度条跑完即可。

结束之后，点击下一步进入查看结果页面。
结果页面显示的是刚刚结束计算的一代的结果。

|号前面显示的是变量，变量名称按照英文字母顺序排列
|号后面显示的是目标函数，目标函数的名称按照字母顺序排序