22
Proiectarea optimală a dispozitivelor electromagnetice PROIECTAREA OPTIMALĂ A DISPOZITIVELOR ELECTROMAGNETICE Conf.dr.ing.ec. Claudia PĂCURAR Disciplină obligatorie An IV ET PODE e-mail: Claudia.Pacurar @ethm.utcluj.ro CURS 1

PROIECTAREA OPTIMALĂ - users.utcluj.rousers.utcluj.ro/~claudiar/Proiectarea optimala a dispozitivelor... · 3/22 Proiectarea optimală a dispozitivelor electromagnetice Conf.dr.ing.ec

  • Upload
    others

  • View
    81

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: PROIECTAREA OPTIMALĂ - users.utcluj.rousers.utcluj.ro/~claudiar/Proiectarea optimala a dispozitivelor... · 3/22 Proiectarea optimală a dispozitivelor electromagnetice Conf.dr.ing.ec

Proiectarea optimală a dispozitivelor electromagnetice

PROIECTAREA OPTIMALĂ

A DISPOZITIVELOR

ELECTROMAGNETICE

Conf.dr.ing.ec. Claudia PĂCURAR

Disciplină obligatorie

An IV ET

PODE

e-mail: [email protected]

CURS 1

Page 2: PROIECTAREA OPTIMALĂ - users.utcluj.rousers.utcluj.ro/~claudiar/Proiectarea optimala a dispozitivelor... · 3/22 Proiectarea optimală a dispozitivelor electromagnetice Conf.dr.ing.ec

Proiectarea optimală a dispozitivelor electromagnetice2/22 Conf.dr.ing.ec. Claudia PĂCURAR

– 4 ore

– marți

–12-16

– sala 16A

Curs

– 3 ore

– vineri

– 10-13

– sala 16A

Laborator

Structura disciplinei

Page 3: PROIECTAREA OPTIMALĂ - users.utcluj.rousers.utcluj.ro/~claudiar/Proiectarea optimala a dispozitivelor... · 3/22 Proiectarea optimală a dispozitivelor electromagnetice Conf.dr.ing.ec

Proiectarea optimală a dispozitivelor electromagnetice3/22 Conf.dr.ing.ec. Claudia PĂCURAR

Conceptul de optimizare este direct legat de una din trăsăturile fundamentale ale

fiinţei umane: a ASPIRAŢIA SPRE PERFECŢIUNE

Mai eficient

Mai performantMai ieftin

Mai rapidOPTIMIZARE

Mai mic

Mai mare

…etc…

Proiectarea optimală a dispozitivelor electromagnetice = dispozitive

electromagnetice de înaltă şi foarte înaltă performanţă

Mai bun

Page 4: PROIECTAREA OPTIMALĂ - users.utcluj.rousers.utcluj.ro/~claudiar/Proiectarea optimala a dispozitivelor... · 3/22 Proiectarea optimală a dispozitivelor electromagnetice Conf.dr.ing.ec

Proiectarea optimală a dispozitivelor electromagnetice4/22 Conf.dr.ing.ec. Claudia PĂCURAR

Empirică – conform principiului “bunului simţ tehnic”

Ştiinţifică – utilizând tehnici matematice fundamentate

Căi de realizare a optimizării

Observaţie: Experienţa dobândită prin “bun simţ tehnic” joacă un rol foarte

important în bunul mers al procesului de optimizare realizat prin

metode ştiinţifice!

Esenţa optimizării = îmbunătăţirea performanţelor echipamentului

Page 5: PROIECTAREA OPTIMALĂ - users.utcluj.rousers.utcluj.ro/~claudiar/Proiectarea optimala a dispozitivelor... · 3/22 Proiectarea optimală a dispozitivelor electromagnetice Conf.dr.ing.ec

Proiectarea optimală a dispozitivelor electromagnetice5/22 Conf.dr.ing.ec. Claudia PĂCURAR

Obiectivele cursului

• Cunoașterea principiilor fundamentale de proiectare

optimală a dispozitivelor electromagnetice;

• Familiarizarea cu diferite tipuri de concepte, teorii și

metode de optimizare;

• Utilizarea programelor software dedicate proiectării

optimale a dispozitivelor electromagnetice.

Page 6: PROIECTAREA OPTIMALĂ - users.utcluj.rousers.utcluj.ro/~claudiar/Proiectarea optimala a dispozitivelor... · 3/22 Proiectarea optimală a dispozitivelor electromagnetice Conf.dr.ing.ec

Proiectarea optimală a dispozitivelor electromagnetice6/22 Conf.dr.ing.ec. Claudia PĂCURAR

Conţinutul cursului

Probleme inverse electromagnetice

Tehnici numerice de optimizare

Noţiuni de parametrizare geometrică

Metode de analiza a sensibilităţii

Metode deterministe de căutare a optimului. Criterii de convergenţă

Algoritmi genetici. Noţiuni fundamentale

Optimizare multi-obiectiv

Pachete software de optimizare

Page 7: PROIECTAREA OPTIMALĂ - users.utcluj.rousers.utcluj.ro/~claudiar/Proiectarea optimala a dispozitivelor... · 3/22 Proiectarea optimală a dispozitivelor electromagnetice Conf.dr.ing.ec

Proiectarea optimală a dispozitivelor electromagnetice7/22 Conf.dr.ing.ec. Claudia PĂCURAR

PLANIFICAREA

CURSURILOR

Curs 1 – Curs introductiv

Curs 2 – Probleme inverse electromagnetice

Curs 3 – Tehnici numerice de optimizare I

Curs 4 – Tehnici numerice de optimizare II

Curs 5 – Noţiuni de parametrizare geometrică I

Curs 6 – Noţiuni de parametrizare geometrică II

Curs 7 – Metode de analiză a sensibilităţii I

Curs 8 – Metode de analiză a sensibilităţii II

Curs 9 – Metode de analiză a sensibilităţii III

Curs 10 – Pachetul de programe OPERA-2D

Curs 11 – Pachetul software OptimCond

Curs 12 – Programul software CIBSOC

Curs 13 – Programul software ABSIF

Curs 14 – Curs final recapitulativ

Page 8: PROIECTAREA OPTIMALĂ - users.utcluj.rousers.utcluj.ro/~claudiar/Proiectarea optimala a dispozitivelor... · 3/22 Proiectarea optimală a dispozitivelor electromagnetice Conf.dr.ing.ec

Proiectarea optimală a dispozitivelor electromagnetice8/22 Conf.dr.ing.ec. Claudia PĂCURAR

Bibliografie curs

1. Vasile Ţopa “Rezolvarea problemelor inverse electromagnetice prin tehnici de

optimizare”, Editura Casa Cărţii de Ştiinţă, Cluj Napoca, 1998.

2. Călin Munteanu, “Metode numerice de analiza a campului electromagnetic. Metoda

elementului de frontiera”, Editura Casa Cărţii de Sţiinţă, Cluj Napoca, 1997.

3. Vasile Ţopa, Călin Munteanu, Johan Deconinck, Gilbert De Mey, Emil Simion, “Optimal

Design of the Electromagnetic Devices using Numerical Techniques”, VUBPRESS

Brussels, Belgia, ISBN 90-5487-288-8, 2000 .

4. G. Vanderplaats “Numerical Optimization Techniques for Engineering Design”,

Vanderplaats Research & Development Inc., USA, 2001.

5. G. Vanderplaats “Multidiscipline Design Optimization”, Vanderplaats Research &

Development Inc., USA, 2007.

6. P. Neittaanmaki, M. Rudnicki, A. Savini, “Inverse Problems and Optimal Design in

Electricity and Magnetism”, Claredon Press, Oxford, 1996.

7. D.E. Goldberg “Genetic Algorithms in Search Optimisation and Machine Learning”,

Addison-Wesley, Publishing Company, USA, 1989.

8. K. Deb “Multi-Objective Optimization using Evolutionary Algorithms”, John Wiley &

Sons, 2001.

www.users.utcluj.ro/~claudiar/

Page 9: PROIECTAREA OPTIMALĂ - users.utcluj.rousers.utcluj.ro/~claudiar/Proiectarea optimala a dispozitivelor... · 3/22 Proiectarea optimală a dispozitivelor electromagnetice Conf.dr.ing.ec

Proiectarea optimală a dispozitivelor electromagnetice9/22 Conf.dr.ing.ec. Claudia PĂCURAR

Curs 1 – Curs introductiv

• Prezentarea disciplinei

• Conţinutul cursului

• Planificarea cursurilor

• Prezentarea surselor bibliografice

• Descrierea cursurilor

Curs 2 – Probleme inverse electromagnetice

• Introducere

• Formularea generală a unei probleme inverse electromagnetice (PIE)

• Metodologia de rezolvare a PIE

– Metode specifice de sinteză

– Metode specifice de optimizare

• Prezentarea activităţilor aferente orelor de laborator

• Modalităţi şi strategii de evaluare

• Detalii examen

• Criterii de notare

Page 10: PROIECTAREA OPTIMALĂ - users.utcluj.rousers.utcluj.ro/~claudiar/Proiectarea optimala a dispozitivelor... · 3/22 Proiectarea optimală a dispozitivelor electromagnetice Conf.dr.ing.ec

Proiectarea optimală a dispozitivelor electromagnetice10/22 Conf.dr.ing.ec. Claudia PĂCURAR

Curs 3 – Tehnici numerice de optimizare I

• Introducere

• Tehnologii şi concepte fundamentale

• Rezolvarea problemelor de optimizare neliniare fără restricţii

– Metode stohastice de căutare a optimului

• Metoda algoritmului genetic

– Metode deterministe de căutare a optimului

• Metoda simplă de gradient

Curs 4 – Tehnici numerice de optimizare II

• Metoda gradienţilor conjugaţi

• Metoda matricelor variabile (metoda cvasi-Newton)

• Determinarea valorii optime a pasului de deplasare pe o direcţie

• Rezolvarea problemelor de optimizare neliniare cu restricţii• Metode indirecte de rezolvare

Page 11: PROIECTAREA OPTIMALĂ - users.utcluj.rousers.utcluj.ro/~claudiar/Proiectarea optimala a dispozitivelor... · 3/22 Proiectarea optimală a dispozitivelor electromagnetice Conf.dr.ing.ec

Proiectarea optimală a dispozitivelor electromagnetice11/22 Conf.dr.ing.ec. Claudia PĂCURAR

Curs 5 – Noţiuni de parametrizare geometrică I

Curs 6 – Noţiuni de parametrizare geometrică II

• Introducere

• Descrierea parametrică a unui dispozitiv electromagnetic

• Formularea parametrică a problemelor de optimizare a formei

– Metode de interpolare

• Generator de reţea de discretizare utilizat în rezolvarea problemelor

de optimizare a formei prin metode de tip HODOM

• Posibilităţi de parametrizare geometrică în OPERA-2D

• Concluzii

Page 12: PROIECTAREA OPTIMALĂ - users.utcluj.rousers.utcluj.ro/~claudiar/Proiectarea optimala a dispozitivelor... · 3/22 Proiectarea optimală a dispozitivelor electromagnetice Conf.dr.ing.ec

Proiectarea optimală a dispozitivelor electromagnetice12/22 Conf.dr.ing.ec. Claudia PĂCURAR

Curs 7 – Metode de analiză a sensibilităţi I

Curs 8 – Metode de analiză a sensibilităţi II

• Introducere

• Definiţia sensibilităţii

• Metode de calcul a sensibilităţii

– Metoda diferenţelor finite

– Metoda analitică şi semi-analitică

– Metoda aproximării continue

• Evaluarea derivatelor matricelor elementare

– Derivata în raport cu un parametru geometric

– Derivata în raport cu un parametru electro-fizic

Page 13: PROIECTAREA OPTIMALĂ - users.utcluj.rousers.utcluj.ro/~claudiar/Proiectarea optimala a dispozitivelor... · 3/22 Proiectarea optimală a dispozitivelor electromagnetice Conf.dr.ing.ec

Proiectarea optimală a dispozitivelor electromagnetice13/22 Conf.dr.ing.ec. Claudia PĂCURAR

Curs 10 – Pachetul de programe OPERA-2D

• Introducere

• Descrierea pachetului de programe OPERA-2D pentru analiza numerică

a câmpului electromagnetic

• Descrierea interfeţei dintre porgramul OPERA-2D şi modulul de

optimizare prin metoda algoritmului genetic

– Exemple de aplicare a metodei

Curs 9 – Metode de analiză a sensibilităţi III

• Rezolvarea problemelor de optimizare a formei utilizând metode de

căutare de tip determinist

– Formularea problemelor de optimizare a formei unei interfeţe de separaţie

– Exemple de aplicare a metodei

Page 14: PROIECTAREA OPTIMALĂ - users.utcluj.rousers.utcluj.ro/~claudiar/Proiectarea optimala a dispozitivelor... · 3/22 Proiectarea optimală a dispozitivelor electromagnetice Conf.dr.ing.ec

Proiectarea optimală a dispozitivelor electromagnetice14/22 Conf.dr.ing.ec. Claudia PĂCURAR

Curs 11 – Pachetul software OptimCond

Curs 12 – Pachetul software CIBSOC

• Descrierea pachetului software OptimCond

• Determinarea amplasării optime a conductoarelor bobinajelor spiralate

• Exemple de optimizare

• Prezentarea modulelor pachetului software CIBSOC pentru calculul

inductivităţii bobinelor spirală şi optimizarea configuraţiei acestora

• Determinarea configuraţiei optime a bobinelor spirală

• Exemple. Aplicaţii

Page 15: PROIECTAREA OPTIMALĂ - users.utcluj.rousers.utcluj.ro/~claudiar/Proiectarea optimala a dispozitivelor... · 3/22 Proiectarea optimală a dispozitivelor electromagnetice Conf.dr.ing.ec

Proiectarea optimală a dispozitivelor electromagnetice15/22 Conf.dr.ing.ec. Claudia PĂCURAR

Curs 13 – Pachetul software ABSIF

Curs 14 – Curs recapitulativ

• Descirerea pachetului software ABSIF pentru analiza în înaltă frecvenţă

a bobinelor spirală

• Determinarea configuraţiei optime a bobinelor spirală în înaltă

frecvenţă

• Exemple. Aplicaţii

• Sinteza informaţiilor

• Concluzii

• Discuţii libere

Page 16: PROIECTAREA OPTIMALĂ - users.utcluj.rousers.utcluj.ro/~claudiar/Proiectarea optimala a dispozitivelor... · 3/22 Proiectarea optimală a dispozitivelor electromagnetice Conf.dr.ing.ec

Proiectarea optimală a dispozitivelor electromagnetice16/22 Conf.dr.ing.ec. Claudia PĂCURAR

Laborator

Partea I – Aplicaţii în ANSYS Maxwell 14

Laborator 1 și 2

Aplicaţii în electrostatică

Laborator 3

Aplicaţii în câmp magnetic static şi staţionar

Laborator 4

Aplicaţii în câmp magnetic variabil în timp

Page 17: PROIECTAREA OPTIMALĂ - users.utcluj.rousers.utcluj.ro/~claudiar/Proiectarea optimala a dispozitivelor... · 3/22 Proiectarea optimală a dispozitivelor electromagnetice Conf.dr.ing.ec

Proiectarea optimală a dispozitivelor electromagnetice17/22 Conf.dr.ing.ec. Claudia PĂCURAR

▪ alegerea unui model

▪ implementarea modelului pentru soluţionare

▪ optimizarea modelului

▪ descrierea proiectului: document word;

▪prezentarea proiectului în format .ppt (Microsoft Power Point).

Partea a II-a - Proiect

Laborator 5 și 6

❑ Implementarea propriului proiect în programul Maxwell 3D:

Laborator 7

Page 18: PROIECTAREA OPTIMALĂ - users.utcluj.rousers.utcluj.ro/~claudiar/Proiectarea optimala a dispozitivelor... · 3/22 Proiectarea optimală a dispozitivelor electromagnetice Conf.dr.ing.ec

Proiectarea optimală a dispozitivelor electromagnetice18/22 Conf.dr.ing.ec. Claudia PĂCURAR

Bibliografie laborator și proiect

1. Răcășan Adina, Munteanu Călin, Țopa Vasile, Păcurar Claudia,

Constantinescu Claudia, Modelarea numerică a câmpului

electromagnetic, Îndrumător de laborator, vol. I, Editura U.T. Press, ISBN

978-606-737-195-6, ISBN 978-606-737-196-3 vol. I, 228 pagini, 2016

2. Păcurar Claudia, Țopa Vasile, Analiza, modelarea şi proiectarea optimală

a bobinelor spirală din circuite integrate micrometrice, Editura U.T. Press,

Cluj-Napoca, România, ISBN 978-606-737-007-2, 246 pagini, 2014.

Page 19: PROIECTAREA OPTIMALĂ - users.utcluj.rousers.utcluj.ro/~claudiar/Proiectarea optimala a dispozitivelor... · 3/22 Proiectarea optimală a dispozitivelor electromagnetice Conf.dr.ing.ec

Proiectarea optimală a dispozitivelor electromagnetice

3. Răcășan Adina, Păcurar Claudia, Munteanu Călin, Țopa Vasile, Aplicaţii de

modelare numerică în câmp electromagnetic, Editura Politehnica, Colecţia

„Electrotehnica”, Timişoara, România, ISBN 978-606-554-601-1, 276 pagini,

2013.

4. Răcășan Claudia, Țopa Vasile, Răcășan Adina, Munteanu Călin, Modelarea

numerică a câmpului electromagnetic, Editura Casa Cărţii de Ştiinţă, Cluj-

Napoca, România, ISBN 978-973-133-170-6, 439 pagini, noiembrie 2007.

19/21 Ş.l.dr.ing.ec. Claudia PĂCURAR

Page 20: PROIECTAREA OPTIMALĂ - users.utcluj.rousers.utcluj.ro/~claudiar/Proiectarea optimala a dispozitivelor... · 3/22 Proiectarea optimală a dispozitivelor electromagnetice Conf.dr.ing.ec

Proiectarea optimală a dispozitivelor electromagnetice20/22 Conf.dr.ing.ec. Claudia PĂCURAR

Observaţii:

Nota 10 (zece) obţinută pe parcursul semestrului

- se implementează aplicaţiile corect, folosind îndrumătorul fără indicaţii

suplimentare

- răspund la 3 întrebări legate de aplicaţia implementată

- proiectul este evaluat cu nota 10

ACEASTA POATE REPREZENTA NOTA FINALĂ DE LA EXAMEN !!!

Page 21: PROIECTAREA OPTIMALĂ - users.utcluj.rousers.utcluj.ro/~claudiar/Proiectarea optimala a dispozitivelor... · 3/22 Proiectarea optimală a dispozitivelor electromagnetice Conf.dr.ing.ec

Proiectarea optimală a dispozitivelor electromagnetice21/22 Conf.dr.ing.ec. Claudia PĂCURAR

ExamenPrezenţa:

– la curs nu este obligatorie

– la laborator este obligatorie (recuperare gratuită 1 laborator din 7)

Observaţie: fără toate prezenţele la laborator nu se intră în examen!!!

Examen: probă scrisă – test grilă (întrebări din tematica cursului)

Necesar: DOAR pix albastru (pentru rezolvarea testului) şi roşu (pentru corectarea testului)

Corectarea examenului – autoevaluare (fiecare îşi corectează testul şi se notează), apoi

evaluare (verific corectarea şi stabilesc nota finală la test)

Nota examen (N): media aritmetică dintre nota de la proba scrisă (E) şi mediaaritmetică (A) a notelor de la laborator (L) și proiect (P):

Observaţie: Nota finală poate fi şi media aritmetică a notelor primite la orele de laborator șinota obținută la proiect

2

E AN

+=

2

L PA

+=

Page 22: PROIECTAREA OPTIMALĂ - users.utcluj.rousers.utcluj.ro/~claudiar/Proiectarea optimala a dispozitivelor... · 3/22 Proiectarea optimală a dispozitivelor electromagnetice Conf.dr.ing.ec

Proiectarea optimală a dispozitivelor electromagnetice22/22 Conf.dr.ing.ec. Claudia PĂCURAR

Vă mulţumesc!!!