Electric machine design optimization is a computationally expensive multi-objective optimization problem. While the objectives require time-consuming finite element analysis, optimization constraints can often be based on mathematical expressions, such as geometric constraints. This article investigates this optimization problem of mixed computationally expensive nature by proposing an optimization method incorporated into a popularly-used evolutionary multi-objective optimization algorithm - NSGA-II. The proposed method exploits the inexpensiveness of geometric constraints to generate feasible designs by using a custom repair operator. The proposed method also addresses the time-consuming objective functions by incorporating surrogate models for predicting machine performance. The article successfully establishes the superiority of the proposed method over the conventional optimization approach. This study clearly demonstrates how a complex engineering design can be optimized for multiple objectives and constraints requiring heterogeneous evaluation times and optimal solutions can be analyzed to select a single preferred solution and importantly harnessed to reveal vital design features common to optimal solutions as design principles.


翻译:电机设计优化是一个计算成本昂贵的多目标优化问题。虽然目标需要花费时间的有限要素分析,但优化限制通常可以基于数学表达方式,如几何限制。本条款通过提出一种优化方法,将这种混合计算成本的优化问题纳入普遍使用的进化多目标优化算法(NSGA-II),调查了混合计算成本性质的优化问题。拟议方法利用几何限制的廉价性能,通过使用定制修理操作员来生成可行的设计。拟议方法还涉及耗时客观功能,纳入了机器性能预测的替代模型。文章成功地确定了拟议方法优于常规优化方法。本研究清楚地表明,如何为多重目标和制约因素优化复杂的工程设计,需要不同的评价时间和最佳解决方案,从而可以分析出单一的首选解决方案,并重要地利用这些解决方案揭示出作为设计原则的最佳解决方案常见的关键设计特征。

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