2011 Fiscal Year Research-status Report
シミュレーション・モデリング・発見的最適化を統合した最適設計システムの構築と応用
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23560487
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
土屋 淳一 首都大学東京, 理工学研究科, 助教 (70155406)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
安田 恵一郎 首都大学東京, 理工学研究科, 教授 (30220148)
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| Project Period (FY) |
2011-04-28 – 2014-03-31
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| Keywords | 最適設計 / 最適化 / 電磁界シミュレータ / メタヒューリスティクス / モデリング / 統合的最適化 / PSO |
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| Research Abstract |
平成23年度の研究実績の概要は，以下の通りである。１．PSOとRBFネットワークを用いた統合的最適化手法の構築と検証：シミュレーション・モデリング・最適化を統合した統合的最適化を用いた最適設計システムの構築のための準備として，多自由度モータの最適設計問題の数理的定式化，最適化アルゴリズムの改良とモデリング手法との融合を行なった。多自由度モータの最適線形問題は，磁極形状のパラメータなどの連続変数と磁極数などの離散変数から構成される非線形混合整数計画問題となり，この問題を解くために本研究では，GA以上の探索性能を持つとされるParticle Swarm Optimizationを用いた。また，電磁界シミュレータからの評価データからの評価関数のモデリングには，高精度な曲面近似能力を持つRadial Basis Functionネットワークを用いた。電磁界解析に基づく電気機器のモデリングと最適化手法を結合させることで，汎用最適設計システムを構築し，様々な条件設定の下でシミュレーションを実行し，アルゴリズムの収束性・最適性などの基礎的検討を行なった。２．電磁界解析に基づく多自由度モータのモデリングと解析：多自由度モータ(サーフェスモータ)の設計では，回転機と違い規格等がないため，設計の自由度が高く，仕様や用途に応じて設計されることが多い。これらのモータにおける一般的な設計要素として，固定子(ステータ)磁極形状，可動子(ムーバ)磁極形状，ギャップ，巻線巻数などを設定し，性能の向上には鉄心などの飽和を考慮しつつ，磁束密度に応じて最適な形状にするため，パラメータが多い複雑な形状の多自由度モータ(サーフェスモータ)の電磁界解析モデルを構築し，数値実験的に検証した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本申請課題は，シミュレーション・モデリング・最適化を統合した統合的最適化を用いた最適設計システムの構築と，最適設計に基づく多自由度モータ(サーフェスモータ)の試作と性能検証・評価を目指しており，本年度では，以下の主要な研究課題についてほぼ達成した。(1) 電磁界解析に基づく多自由度モータ(サーフェスモータ等)のモデリングと解析。(2) Particle Swarm Optimization(PSO)とRadial Basis Functionネットワーク(RBFN)を用いた統合的最適化手法の構築と数値実験による最適性の検証。(3) 構築した統合的最適化を用いた多自由度モータ(サーフェスモータ等)の最適設計とシミュレーションによる性能評価。その結果，本課題は，おおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究の推進方策は，以下の通りである。(1)多自由度モータの最適設計とシミュレーションによる性能評価：多自由度モータ(サーフェスモータ等)の詳細な解析モデルを構築し，前年に基礎的な検討を行った最適設計システムと結合させ，統合的最適化を用いた多自由度モータ最適設計システムを完成させる。(2)各種電磁アクチュエータの最適設計とシミュレーションによる性能評価：多自由度モータに限らず，回転機などの各種電磁アクチュエータの最適設計に応用範囲を広げ，最適設計システム構築を行う。 (3)最適設計に基づくアクチュエータの試作と詳細な性能検証・評価：最適設計に基づき，サーフェスモータ等を試作し，推力・推力リップル・鉄損などの諸性能が設計に近い状態で実現されているかを検証し，必要に応じて再モデリングやシステムの再構築を検討する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
本申請課題は，数値シミュレーション(電磁界解析・モデリング・最適化)と実験(モータの試作・性能評価)から構成されている。研究計画に従い以下の課題を遂行する。(1)電磁界解析に基づく多自由度モータ(サーフェスモータ)のモデリングと解析。(2)Particle Swarm OptimizationとRadial Basis Functionネットワークを用いた統合的最適化手法の構築と数値実験による最適性の検証。(3)構築した統合的最適化手法を用いた多自由度モータ(サーフェスモータ)の最適設計とシミュレーションによる性能評価。これらの課題は，いずれもコンピュータ上でのシミュレーションおよびアルゴリズム開発となる。従って，これらの研究課題を効率的に進めるために，より高性能なコンピュータと，精緻な電磁界解析を行うために最新の電磁界解析ソフトウェアのライセンスを購入する。その他の主要な経費として計上した国内および海外旅費は，本研究に関係する国内学会および国際会議等へ参加および論文発表のための旅費として使用する。謝金は，研究を効率的に遂行するために，プログラム作成補助および実験補助として，研究代表者および研究分担者がそれぞれ大学院生をアルバイトとして雇用し，謝金としてこの経費を使用する。その他の経費は，研究成果を公表するための英文論文校閲料および学会誌への論文投稿料として使用する。消耗品費はコピー用紙・プリンタートナーなどの消耗品の購入費に使用する。
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