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申请/专利权人：哈尔滨理工大学

摘要：本发明提出了一种基于NSGA‑Ⅱ算法的Swiss整流器多目标优化设计方法，属于整流器参数优化设计技术领域。步骤1、确定优化的元器件并进行功率和体积建模；步骤2、定义目标函数；步骤3、初始化种群；步骤4、选择；步骤5，二元锦标赛选择；步骤6，交叉；步骤7，变异；步骤8，父代种群和子代种群合并，获得第一代种群；步骤9，利用父代种群和子代种群形成种群；步骤10、达到最大进化代数gen；步骤11，输出Pareto最优解前沿和参数矩阵，根据所选择的目标性能指标，得到对应的各决策变量数值，即是优化问题的解，根据各个参数进行元器件的选择和设计。

主权项：1.一种基于NSGA-Ⅱ算法的Swiss整流器多目标优化设计方法，其特征在于，所述优化设计方法包括：步骤1、将Swiss整流器基本拓扑电路中的直流电感L、输出电容C、开关管IGBT和二极管Diode作为影响整流器性能指标的优化变量，并对所述直流电感L、输出电容C、开关管IGBT和二极管Diode进行功率和体积建模；步骤2、定义目标函数：以Swiss整流器的效率和功率密度为目标函数，衡量Swiss整流器的性能指标；步骤3、初始化种群：将种群大小设置为N，最大进化代数设置为gen，决策变量的数量设置为V；然后，对决策变量进行实数编码，以建立的元器件数据库为约束条件，输入各参数变量的上下限；随机生成N维决策矩阵，将所述决策矩阵的第V+1列和第V+2列作为目标函数数值，最后两列为非支配层数和拥挤度距离，一个参数向量则对应一个个体或称为染色体；步骤4、选择：设定两个参数ni和Si，ni为种群中所有个体支配个体i的数目，Si为个体i所支配的个体集合，采用快速非支配排序判断所述矩阵的解的好坏和排序操作；步骤5，二元锦标赛选择：设置锦标赛大小为2，匹配池大小为N2；在初始种群中，随机选择两个个体，比较两个个体的非支配等级，等级低者放入匹配池中；若等级相同，则比较拥挤度距离，距离大者者保留；若非支配等级和拥挤度距离均相同，则随机选取一个个体保留，重复本步骤操作，至匹配池中个体为N2；步骤6，交叉：首先在当代种群中随机选择两个个体，作为交叉操作的父代个体，对匹配染色体上的基因进行交叉操作，产生一对新的染色体，重复交叉操作，形成新一代种群；其中，所述当代种群为父代种群；步骤7，变异：定义一个变异算子，对个体的基因进行小概率的替换，并将变异算子作用于种群，使种群中部分个体的基因改变，产生新的等位基因，将此时的种群记为子代种群；步骤8，将步骤6中的父代种群跟步骤7获得的子代种群进行合并，合并后的种群记为第一代种群gen＝1，种群大小为N；步骤9，将步骤8获得的第一代种群作为父代种群，然后将此父代种群进行交叉变异获得子代种群，然后将本步骤中的父代种群和子代种群进行合并，形成种群，此时种群大小为2N；步骤10、利用步骤4的操作过程对步骤9形成的种群进行处理，选择N个个体为新的父代种群，再经步骤6和步骤7，产生新的子代种群Pt+1；重复步骤9，至达到最大进化代数gen；步骤11，输出Pareto最优解前沿和参数矩阵，根据所选择的目标性能指标，得到对应的各决策变量数值，即是优化问题的解，根据各个参数进行元器件的选择和设置；步骤1所述功率和体积建模的过程包括：计算电感的功率，所述电感的功率PL为： 其中，uL为电感的输入电压，Irms为流经电感的电流有效值，fsw为开关频率，VL为电感体积；计算电感的线圈体积；所述线圈体积Vcl为： 其中，ωw为绕组宽度，dw为绕组深度；计算导体体积Vcd为：Vcd＝kpfVcl，其中，kpf为线圈的填充系数，N为线圈匝数，为导体截面积，计算磁芯体积为：则电感体积VL为:其中，l表示磁芯长度；计算开关管IGBT的通态损耗为： 其中，VGE为IGBT的门槛电压，IIGBT为流经IGBT的电流幅值，rCE为通态等效电阻，M为调制比，表示为电压电流相位角；IGBT的开关损耗为： 其中，Eswon和Eswoff分别为IGBT开通一次和关断一次损失的能量，IN为整流器额定工作电流，uCEN为额定工作电压，upn为整流器输出电压；计算IGBT总损耗为：PIGBT＝Pcond,IGBT+Psw,IGBT；二极管的导通损耗为：Pon,Diode＝VFIFD其中，VF为二极管的正向导通压降，IF为正向通态电流，D为占空比，不同二极管的占空比根据4种导通电路状态求取；二极管的断态损耗为：Poff,Diode＝VRIR1-D其中，VR为其反向压降，IR为二极管反向漏电流；二极管的开关损耗为： 其中，Vfp和Vrp分别为二极管的正向和反向峰值电压，Ifp和Irp分别为流经二极管的正向和反向峰值电流，tfp为其正向恢复时间，tb为其反向电流下降时间；则二极管总损耗为：PDiode＝Pon,Diode+Poff,Diode+Psw,Diode；步骤2所述定义目标函数的具体过程包括：定义目标函数，以Swiss整流器的效率和功率密度为目标函数，效率η为： 其中，P0为输出功率，PL为电感损耗，功率密度ρ为： 其中，P0为输出功率，Ploss为总损耗，PIGBT为IGBT总损耗，PDiode为Diode总损耗；V总为元器件总体积，VL为电感体积，VIGBT为IGBT体积，VDiode为二极管体积，VC为输出电容体积，所述功率密度ρ即为目标函数。

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