一种压电陶瓷滤波器逆向设计方法、系统和存储介质与流程

本发明属于人工智能辅助压电器件设计，具体涉及一种压电陶瓷滤波器逆向设计方法、系统和存储介质。

背景技术：

1、隔离型反激变换器广泛应用于消费电子适配器、充电器及低功率离线电源。功率开关器件在开通和关断过程中产生较高的电压变化率和电流变化率，并与变压器漏感、绕组间电容以及电路分布电容相互作用，在传导干扰频谱中形成局部集中的共模干扰尖峰。

2、现有技术通常采用y电容为共模电流提供回流通路，并配合共模电感实现宽带衰减。然而，y电容容量受漏电流安全限制，单纯增大共模电感又会导致滤波器体积、重量和成本增加。在干扰主要表现为若干离散峰值的场景中，宽带滤波容易产生过度设计。

3、压电陶瓷在机械谐振频率附近具有较低阻抗，可作为窄带旁路元件选择性抑制目标频点干扰。压电陶瓷的谐振频率和峰值导纳受长度、宽度、厚度、材料参数及边界条件共同影响，并可能出现多模态耦合和分裂峰。传统有限元逐点扫描和人工试错设计计算量大；普通神经网络缺少物理约束，容易产生不符合谐振规律的结果，并且难以同时识别b模态是否分裂以及哪一分支为主导峰。

4、因此，需要一种能够融合物理先验、准确表征多模态及分裂峰，并可由实际干扰频率自动反推压电陶瓷尺寸的设计方法。

技术实现思路

1、发明目的：为解决现有技术中存在的技术问题和缺陷，本发明提供了一种压电陶瓷滤波器逆向设计方法、系统和存储介质，能解决现有设计方法计算成本高、分裂峰识别能力不足、预测结果物理合理性较弱以及难以由目标干扰频率直接确定器件尺寸的问题。

2、技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种基于物理引导峰值查询网络的压电陶瓷滤波器逆向设计方法，包括以下步骤：

3、s1，干扰峰定位：获取待抑制电源的传导干扰频谱，并从所述传导干扰频谱中确定目标干扰峰频率；

4、s2，训练数据集构建：获取不同几何尺寸压电陶瓷样本的导纳频响数据，从所述导纳频响数据中提取多个主模态的谐振频率、峰值导纳以及分裂峰状态，构建训练数据集；

5、s3，基于压电陶瓷几何尺寸构造物理基线频率，并进而对物理基线频率完成物理增强特征；

6、s4，物理引导预测模型构建：采用transformer模型作为物理引导峰值查询预测模型，以物理增强特征作为模型输入，以压电陶瓷各主模态下的导纳频响数据为预测输出，对物理引导峰值查询预测模型进行训练优化；

7、s5，基于训练优化后的所述预测模型，以压电陶瓷的长度、宽度和厚度为优化变量，在工程可行性约束下进行目标干扰峰频率匹配优化，获得与所述目标干扰峰频率相匹配的压电陶瓷尺寸。

8、进一步的，步骤s2所述不同几何尺寸压电陶瓷样本的导纳频响数据通过以下方法获取：

9、s21，采用矢量网络分析仪测量多组不同几何尺寸压电陶瓷样本的实测导纳频率响应；

10、s22，以所述实测导纳频率响应为校准基准，对压电陶瓷有限元模型中的压电耦合参数、介电参数和机械阻尼参数进行校准仿真；

11、s23，在校准仿真后的有限元模型中对压电陶瓷的长度a、宽度b和厚度c进行参数化扫描，获得各组尺寸对应的全频段导纳频率响应的仿真结果；

12、s24，将仿真结果与实测结果共同作为训练数据集。

13、进一步的，所述主模态包括长度径向模态a、宽度径向模态b和厚度模态c；所述宽度径向模态b包括两个分裂缝，分别是低频支路b1和高频支路b2。

14、进一步的，步骤s3中所述物理基线频率通过下式确定，

15、，

16、式中，fa0、fb0和fc0分别为长度方向、宽度方向和厚度方向主模态的物理基线频率；为面内方向等效波速，为厚度方向等效波速；所述物理增强特征包括压电陶瓷长度a、压电陶瓷宽度b、压电陶瓷厚度c、loga、logb、logc、尺寸比，以及几何尺寸倒数1/a、1/b和1/c，以及所述物理基线频率。

17、本发明物理基线频率是在忽略复杂模态耦合、几何比例影响和实际边界扰动条件下得到的一阶近似值，用于表征主模态频率与对应特征尺寸之间的基本反比关系，并不直接作为最终谐振频率。物理引导峰值查询预测模型以所述物理基线频率作为频率预测的参考起点，进一步学习由尺寸比例、压电耦合、模态分裂和边界条件等因素引起的频率修正量，从而获得各主模态的最终预测频率。

18、5进一步的，所述宽度径向模态b包括两个分裂缝的中心频率fbc和峰间距δfb通过下式确定，

19、，

20、式中，表示分裂缝的低频支路b1的频率，表示分裂缝的高频支路b2的频率。

21、进一步的，各主模态的预测频率通过下式确认，

22、，

23、式中，表示压电陶瓷各主模态下的频率预测输出（即导纳频响数据），表示物理基线频率，表示物理基线频率的修正量。

24、本发明还提供了一种基于物理引导峰值查询网络的压电陶瓷滤波器逆向设计系统，包括：

25、频谱获取模块，用于获取待抑制电源的传导干扰频谱并确定目标干扰峰频率；

26、数据集构建模块，用于获取不同尺寸压电陶瓷的导纳频响数据并生成模态频率、峰值导纳和分裂峰标签；

27、物理特征构建模块，用于生成物理基线频率和物理增强特征；

28、模型训练与预测模块，用于训练物理引导峰值查询预测模型并输出多模态谐振特性；

29、逆向优化模块，用于在工程可行性约束下由目标干扰峰频率求解压电陶瓷尺寸；

30、结果输出模块，用于输出压电陶瓷尺寸、预测谐振频率、峰值导纳和分裂状态。

31、本发明还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序能执行实现上述方法。

32、有益效果：相较于现有技术，本发明具有以下优点：

33、（1）利用解析物理基线频率约束网络学习，缩小可学习空间并提高预测结果的物理合理性；

34、（2）将b模态双峰表示为中心频率和峰间距，并联合预测分裂存在状态和主导支路，能够处理未分裂、弱分裂和强分裂频谱；

35、（3）基于冻结代理模型执行逆向优化，可由实际emi尖峰频率快速获得器件尺寸，减少有限元反复扫描和人工试错；

36、（4）压电陶瓷在目标谐振频率提供低阻抗回流路径，可在采用较小共模电感的情况下实现干扰抑制，从而减小滤波器重量和体积。

1.一种压电陶瓷滤波器逆向设计方法，其特征在于包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述压电陶瓷滤波器逆向设计方法，其特征在于：步骤s2所述不同几何尺寸压电陶瓷样本的导纳频响数据通过以下方法获取：

3.根据权利要求1所述压电陶瓷滤波器逆向设计方法，其特征在于：所述主模态包括长度径向模态a、宽度径向模态b和厚度模态c；所述宽度径向模态b包括两个分裂缝，分别是低频支路b1和高频支路b2。

4.根据权利要求1所述压电陶瓷滤波器逆向设计方法，其特征在于：步骤s3中所述物理基线频率通过下式确定，

5.根据权利要求3所述压电陶瓷滤波器逆向设计方法，其特征在于：所述宽度径向模态b包括两个分裂缝的中心频率fbc和峰间距δfb通过下式确定，

6.根据权利要求5所述压电陶瓷滤波器逆向设计方法，其特征在于：各主模态的预测频率通过下式确认，

7.一种基于物理引导峰值查询网络的压电陶瓷滤波器逆向设计系统，其特征在于，包括：

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于：存储有计算机程序，所述计算机程序能执行实现权利要求1-6任一项所述方法。