Upload
others
View
81
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
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
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
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
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
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.
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
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
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/
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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.
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
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 !!!
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
+=
Proiectarea optimală a dispozitivelor electromagnetice22/22 Conf.dr.ing.ec. Claudia PĂCURAR
Vă mulţumesc!!!