Hybrid Optimal Design of Biplanar Coils With Uniform Magnetic Field or Field Gradient

粒子群优化 领域(数学) 电磁线圈 算法 缩小 磁场 计算机科学 数学 拓扑(电路) 数学优化 物理 电气工程 工程类 组合数学 纯数学 量子力学
作者
Jing Wang,Xinda Song,Weiyong Zhou,Yun Le,Xiaolin Ning
出处
期刊:IEEE Transactions on Industrial Electronics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:68 (11): 11544-11553 被引量:31
标识
DOI:10.1109/tie.2020.3032868
摘要

This article presents a hybrid optimal design of biplanar coils, which produce uniform fields and field gradients. It treats the coil design issue as a nonlinear programming problem, and seeks the best performance via the optimal algorithm. The target field method is first utilized to obtain the initial coefficients and ranges of searching areas in stream functions. Then, the magnetic field relative error is defined as the fitness function for minimization, and the particle swarm optimization algorithm is adopted to optimize the aforementioned coefficients. It not only overcomes the dependence on the position distribution of target field points, but also reduces the required computational dimensions without affecting the pursuit of the ultimate performance. Comparing this work with the traditional target field method, the field inhomogeneity error in the region of interest is reduced from 6.55% to 0.95% (B x coil), 12.02% to 0.35% (B z coil), 16.54% to 0.57% (dB x /dz coil), and 11.8% to 0.28% (dB z /dz coil). Numerical simulation and experimental results show the validity and significance of the proposed method. It has great improvements in both uniform fields and field gradients, which is beneficial to the perfect realization of nulling undesired magnetic fields.

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