基于改进型代理模型优化算法的磁通切换永磁直线电机优化设计

结合有限元法和现代启发式优化算法的电机全局优化设计计算成本昂贵,开发周期长。基于代理模型的优化(SBO)算法能有效解决此类优化耗时长的问题。SBO算法采用加点准则来平衡局部开发和全局搜索,以达到优化目标全局最优的结果。该文提出一种改进型SBO算法,采用新的加点准则,充分利用计算机并行运算能力,提高收敛速度。改进型SBO算法通过测试函数的验证,并应用于优化一台磁通切换永磁直线电机。加工制造的样机验证了仿真计算和优化算法的正确性。     

磁悬浮人工心脏驱动电机的优化设计

提出了基于电磁场有限元分析技术,对磁悬浮人工心脏的驱动电机进行优化设计的方法。根据对人工脏器的设计要求,设计了一台单面轴隙式永磁无刷直流电机作为人工心脏的驱动电机。通过建立驱动电机的3D整体模型,研究电机气隙中的磁场分布。同时结合电机损耗的计算方法,以提高电机的总体效率、降低电机的整体尺寸为目标,对驱动电机的电机线圈、永磁体阵列的尺寸进行优化设计。仿真与计算得出的优化设计结果,可以为人工心脏的工程设计提供参考。     

基于遗传算法的车用永磁电机转子尺寸多目标优化设计

新能源汽车(NEV)驱动电机对于转矩密度、功率密度、转矩脉动、振动噪声和高效率区间等参数有着较为严格的性能要求。转子拓扑及其结构尺寸直接影响电机的磁场大小、磁场分布和谐波磁场含量,对于汽车电机性能起着重要影响。针对该类电机多工况多性能参数的特点,利用有限元软件建立主要工况的电磁场计算模型,确定需要优化的转子结构尺寸。根据车用电机的主要性能指标,以转矩脉动、齿槽转矩、气隙反电动势谐波畸变率和输出转矩作为优化目标,根据不同工况性能需求定义目标函数,选择遗传算法作为多目标优化设计算法,再根据优化计算结果进行方案筛选,最终确定电机的最优转子尺寸。该优化设计方法可快速确定车用永磁电机的最优电磁设计方案,丰富了该类电机的高效优化设计途径。     

基于磁场解析模型与遗传算法的轴向磁通永磁电机多目标优化设计

针对基于有限元法(FEM)的常规优化方法存在计算量大、耗时长的问题,提出一种磁场解析模型与遗传算法相结合的轴向磁通永磁电机(AFPMM)多目标优化设计方法,该方法能够在保证一定计算精度的前提下快速实现电机的优化设计.首先,将AFPMM从复杂的三维模型等效为二维模型,通过子域法得到了电机的磁场解析模型,利用麦克斯韦张量法...     

车用感应电机多模型参数在线辨识算法的研究

针对感应电机模型参数变化对电机控制性能影响的问题,提出一种感应电机多模型参数在线辨识的新算法。首先,利用龙伯格-滑模观测器对定子电流和转子磁链状态进行在线估计,其次,利用状态变量误差法设计自适应控制算法在线辨识电机的多模型参数,最后,以车用感应电机典型运行工况仿真分析研究多模型参数辨识算法的有效性。仿真结果表明该辨识算法能够跟踪电机的模型参数,误差控制在6%以内,车用电机驱动系统的静动态性能获得显著提高。     

基于克里金算法的LSRM多目标优化

针对应用于悬挂式列车的直线开关磁阻电机(LSRM)，为提高LSRM的功率密度，在更小的初级体积下获得更大的牵引力和减重力，提出了一种基于克里金克里金算法对LSRM进行了多目标优化。首先，建立LSRM多变量多目标优化设计模型，采用理想点法建立统一的目标函数，并选择影响优化目标的电机尺寸作为优化变量，结合电磁和结构尺寸的实际情况给出了约束条件和优化变量取值范围；其次，确定了优化目标的优先级为平均牵引力、平均减重力和电机初级重量；最后，结合优化目标变化幅度给出了相应的系数向量，该系数向量下目标函数各分量均达到较好的优化效果，其中平均牵引力和平均减重力两项指标超过设计目标值，同时电机初级重量相较于原始尺寸电机也有下降。     

某型AUV对转电机子群协同多目标粒子群优化

某型自主水下航行器(AUV)需要一种高效、小质量的对转电机,同时要求电机在尾段密闭条件下可长时间航行。针对这一问题,从电机计算模型和多目标优化算法两方面,提出基于电磁一热耦合模型和子群协同的多目标粒子群帕累托最优(MOPSO)设计方法。该模型使用气隙磁场解析法进行电磁计算,使用等效热网络法计算电磁一热耦合情况下的电机温升。利用计算流体力学(CFD)方法计算旋转部件及航行器壳体的对流换热系数,以解决对流等效热阻计算不准确的问题。最后以效率和质量为优化目标,电机温升和几何条件及磁路磁密为约束条件,使用改进的MOPSO方法进行优化,并将优化结果与NSGA-Ⅱ算法优化结果进行比较,结果表明该方法能够获得更接近于真实帕累托前沿的解集,且解集分布性良好。制作样机后进行试验,功率、转速、效率、质量等指标均满足要求,且尾段密闭条件下5h负载温升符合要求。     

基于自适应网格及响应面模型的永磁电机多目标优化

针对优化方法中,传统有限元方法迭代计算时网格重构耗时的问题,提出了针对电机多目标优化问题的基于自适应网格的有限元方法。该方法采用双层网格对设计区域进行划分,改进了传统有限元方法的网格重构方法,即在结构几何变化较大的情况下,不需要对整体网格进行重构。针对两种永磁电机,为满足电机设计中控制温升及提高性能的要求,以转矩和温升为目标函数,对目标函数使用基于移动最小二乘法的改进响应面模型进行建模,采用多目标遗传算法对不同类型的电机结构进行优化,优化结果均表明,与原设计相比,使用该算法能明显降低电机温升,提高转矩密度,且能较大地降低优化过程计算量及计算时间。     

基于遗传算法的静电微电机优化设计

针对顶面驱动可变电容式静电微电机的参数优化设计问题,建立了一般解析物理描述模型,并给出了优化问题的数学模型。在考虑电机结构尺寸和电机控制方法优化的同时,结合数值积分方法和遗传算法,提出一种简单高效的优化设计方法。实验结果表明,优化后电机的平均力矩提高,而其波动明显减小。     

模块化永磁直线同步电机考虑制造公差的推力鲁棒性优化

模块化永磁直线同步电机（MPMLSM）具有效率与推力密度高、可靠性和可加工性好等优点,非常适用于长行程运输系统;缺点是批量生产中性能易受到加工公差的影响。针对这一问题,该文提出了一种考虑制造公差的综合多目标鲁棒优化设计方法。首先,基于六西格玛设计方法建立了鲁棒优化模型;其次,采用拉丁超立方采样方法在尺寸公差范围内根据正态分布规律进行抽样,模拟大规模生产时电机尺寸受公差影响可能会出现的各种变化;再次,在尺寸优化范围内均匀抽样构成足够的训练样本,由有限元软件仿真这些抽样方案的推力性能,并基于反向传播神经网络建立电机设计代理模型;然后,应用该代理模型对拉丁超立方采样得到的样本进行电机性能的计算,求解样本整体对应的各优化目标的均值与方差,进而计算多目标优化的适应度;最后,采用非支配排序遗传算法Ⅱ进行全局优化,得到鲁棒优化方案,与不考虑公差的确定性优化方案相比,验证了该方法的有效性。鲁棒优化方案虽然略微增加了电机体积和推力波动,但是其失效概率低,受公差影响小,更加符合产品批量生产过程中的质量要求。     

基于博弈论的电动汽车轮毂电机热源损耗优化

为降低具有高功率、高转矩密度等特点的电动汽车轮毂电机热源损耗,提出了基于博弈论的外转子式永磁同步轮毂电机的多目标优化设计方法。首先应用磁路法推导了电机各项损耗的解析表达式;其次以定子槽形的尺寸为设计变量,以定子铁耗、绕组铜耗、永磁体涡流损耗和电机效率为优化目标,建立电机优化设计数学模型;最后应用基于博弈论的多目标优化算法(Game Theory Optimization Algorithm,GTO),同时结合改进粒子群算法(Advanced Particle Swarm Optimization Algorithm,APSO)对电机定子槽型进行优化设计,并借助有限元仿真软件进行了辅助计算。研究结果表明：相较于原设计方案,优化后电机功率损耗减少32.6%,效率提高6.12%。     

混合动力汽车ISG用混合永磁同步电机转子研究

设计了一款混合动力汽车集成式起动发电机(ISG),用钕铁硼和铁氧体混合永磁的永磁同步电机(PMSM)。分析了两种永磁体的结构参数对电机磁路的影响规律,推导了钕铁硼和铁氧体并联磁路的约束条件;以铁氧体的不可逆退磁量和电机的基本性能为优化目标,通过场-路结合的方法,确定了钕铁硼和铁氧体的结构参数;并与传统的钕铁硼PMSM在电机性能和永磁体成本等方面进行了比较分析。研究结果表明,所提出的ISG混合永磁电机能有效地减少永磁体材料成本和铁氧体退磁风险,电机性能达到了设计要求。     

三段Halbach磁铁阵列永磁同步电机铁心的优化设计

Halbach磁铁阵列和集中绕组的分数槽绕组应用于永磁同步电机可提高输出转矩并降低转矩波动,满足伺服系统快速性和高精确度的要求,但需要对电机铁心进行再设计。依据Halbach磁铁阵列的理论建立了每极三段Halbach磁铁阵列永磁同步电机磁场的模型,并分析了气隙磁场特点,提出采用集中绕组的分数槽绕组削弱齿谐波。分析电机铁心的结构特点,确定多个关键尺寸为设计变量,以一定电流的最大转矩平均值和最小转矩波动为主要优化目标,采用Taguchi方法简化优化设计的计算,并建立了双层的优化模型。以一台8极9槽的伺服电动机为例,采用有限元计算,阐述了每极三段Halbach磁铁阵列永磁电机多变量、多目标的优化过程。     

少稀土非对称永磁电机的分层多目标优化分析

针对传统稀土永磁电机稀土材料用量高、永磁磁场不易调节问题,本文提出了一种少稀土非对称混合永磁电机,采用两种不同永磁材料励磁以降低稀土永磁材料的用量,混合永磁材料的非对称放置结构设计以改善电机的电感性能,提升电机弱磁升速性能。针对该电机相对复杂的结构,提出基于参数敏感度的分层多目标优化设计。对电机进行了参数化建模,建立包含转矩、转矩脉动、反凸极比和铁耗的多优化目标函数。通过参数敏感度分析对众多尺寸参数进行分层筛选,针对主敏感参数采取多目标遗传算法优化,而次敏感参数则采用响应面与多目标自适应优化结合的方法确定电机最优的尺寸参数,并对电机优化前后的电磁性能进行了分析比较,验证了优化方法的可行性,为该类复杂结构电机性能的改善提供了更加丰富的优化设计方法。     

永磁同步电机非线性黄金分割自适应转速控制

针对永磁同步电机系统复杂设计高精确度的控制器比较困难的问题,采用id=0的矢量控制策略,基于永磁同步电机的特征模型,设计一个以非线性黄金分割自适应控制为主的控制方案。通过安排过渡过程和特征模型参数的在线辨识实现了该控制方案下控制器参数的在线自适应调节。实验结果表明该控制方案不仅能够实现永磁同步电机较高精确度的转速控制,与一阶自抗扰控制、增广状态反馈控制和传统的PI控制相比,具有更加优越的暂态和稳态性能。     

异步起动永磁同步潜油电机的CAD设计

对四极异步起动永磁潜油电机进行了设计研究,利用Visual Basic语言开发了异步起动永磁同步潜油电机的计算机辅助设计软件.该异步起动永磁潜油电机的CAD设计系统软件有效地集电机电磁计算、性能计算、优化设计、图形输出和文件操作等于一体,能简单、友好、灵活地辅助电机设计者进行异步起动永磁潜油电机的设计与优化工作.     

永磁同步电机多步模型预测电流控制成本函数优化计算研究

针对表贴式永磁同步电机(PMSM)多步模型预测电流控制过程中运算量大的问题,提出一种成本函数优化计算的多步模型预测控制。成本函数优化计算采用事件触发机制,通过设置成本函数阈值动态精简多步预测的运算量。仿真结果表明：成本函数优化计算的多步模型预测电流控制性能良好,与传统方法完全等价,控制效果相当。基于STM32H743单片机平台,优化方法和传统方法单控制周期执行时间。试验结果表明：对于多步预测,优化算法可减少单控制周期执行时间,两步预测减小至77.71%,三步预测减小至53.95%,四步预测减小至39.76%,五步预测减少至33.48%,在控制性能与传统方法相当的条件下,提高系统实时性能。     

轴向磁场永磁记忆电机多目标分层优化设计

为了同时实现新型轴向磁场永磁记忆电机的高性能及低成本,提出一种基于分层策略的多目标优化设计方法。通过在分析电机尺寸方程及灵敏度,得到影响目标的优化参数基础上,将所选的气隙磁密、永磁成本、轴向受力、感应电动势(electromotive force,EMF)、感应电动势波形畸变率(total harmonic distortion,THD)、齿槽转矩6个优化目标分为两个层次,从而实现方程组的降维;针对分层策略,提出一种结合中心复合表面设计(central composite face,CCF)和Box-Behnken设计(BBD)的分层响应面法(response surface method,RSM)。此外,基于罚函数和目标约束得到一种改进的NSGA-Ⅱ (NSGA-Ⅱ-M)多目标遗传优化算法。通过比较分层RSM和NSGA-Ⅱ-M给出的优化方案,并结合有限元仿真结果和样机实验结果,验证了所提出的电机多目标分层优化方法的可行性和有效性。     

永磁同步电动机电抗参数研究

永磁同步电动机电抗参数是电机性能分析和优化设计的重要依据.由于永磁同步电动机转子磁路结构多种多样,与普通同步电机有很大差别,电抗参数用现有计算方法难以计算准确,不仅导致延长研制过程、加大研制费用,而且使设计优化和性能仿真缺乏科学依据.本文利用ANSOFT软件对永磁同步电动机的交、直轴电枢反应电抗参数进行计算,计算结果与试验测试结果吻合较好,在此基础上总结出永磁同步电动机电抗参数的变化规律,为永磁同步电动机设计提供了依据.