[發明專利]一種永磁電機多目標優化的參數化等效磁網絡建模方法

有效

• 申請號: 202010459359.0
• 申請日: 2020-05-27
• 公開（公告）號: CN111709167B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 趙文祥;曹東輝;吉敬華
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17;G06F111/06
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本發明公開了一種永磁電機多目標優化的參數化等效磁網絡建模方法，是首次針對表貼式永磁電機進行適用于多目標優化的參數化等效磁網絡建模，為該類型永磁電機建模及優化提供參考研究。首先劃分電機內磁力線無序區域與規律區域，構建無序區域的動態網格模型，構建有序區域的磁路模型；再連接動態網格模型與磁路模型，建立電機的參數化等效磁網絡模型，聯立非線性矩陣求解方程，求解各節點磁位，獲得電機的轉矩特性；然后利用參數化等效磁網絡模型對平均轉矩和轉矩脈動進行變量靈敏度分析，選擇高靈敏度變量，分別建立平均轉矩和轉矩脈動的響應面模型，將響應面模型代入多目標優化算法，獲得帕累托前沿，確定最優參數組合。

技術領域

本發明涉及一種永磁電機多目標優化的參數化等效磁網絡建模方法，屬于電磁場計算領域。

背景技術

表貼式永磁電機具有優良的動態性能，十分適用于伺服系統中DC/AC電機。其性能優劣的關鍵在于優化手段。傳統的單目標優化一次針對一個變量優化，該方法操作簡單，具有一定的效果，但無法避免多個參數間的影響沖突。多目標優化的方法常用來改善參數間的相互作用，其是由Pareto最優性集即最優解集來求解的。多目標優化可以平衡所選參數變量，同時優化各種性能參數，避免多個因素間的影響。然而，由于采用了有限元分析(Finite Element Analysis，FEA)，多目標優化存在時間消耗大、操作繁瑣等缺點。因此，提出了響應面法，通過應用代理模型來減少過多的有限元分析。盡管如此，由于采樣點的多維性，全局優化仍然存在仿真耗時過大的缺點。

等效磁網絡(Equivalent Magnetic Network，EMN)模型作為有限元分析的替代方法，具有分析速度快、計算成本低等優點。通過考慮空間諧波含量的影響，基于網格法的EMN模型精度可以與有限元分析相媲美。然而在電機結構優化方面，EMN模型尚未得到創新性的應用。通過對表貼式永磁電機進行參數化等效磁網絡建模，不需要依靠重復建模操作，其計算原理簡單，精度高，且仿真耗時短帶來較高的設計效率，即可在多變量下迅速求解出電機轉矩等電磁參數，利用多目標優化算法，實現表貼式永磁電機的高效率性能優化設計。

發明內容

本發明的目的在于提供一種永磁電機多目標優化的參數化等效磁網絡建模方法，主要包括電機內無序磁力線區域動態網格磁導剖分、規律磁力線區域的磁路磁導等效以及磁網絡矩陣等式的建立求解。利用參數化等效磁網絡模型，完成多個結構變量的靈敏度分析和建立響應面模型，利用多目標優化算法確定最優參數組合，實現永磁電機的快速多目標優化。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種表貼式永磁電機多目標優化的參數化等效磁網絡建模方法，包括以下步驟：

步驟1，劃分電機內磁力線無序與規律區域；

步驟2，構建電機中磁力線無序區域的動態網格模型；

步驟3，構建電機中磁力線規律區域的磁路模型；

步驟4，連接動態網格模型與磁路模型，建立電機的參數化等效磁網絡模型；

步驟5，聯立非線性矩陣求解方程，求解各節點磁位，進一步獲得電機的轉矩特性；

步驟6，選擇優化變量并確定優化目標，使用參數化等效磁網絡模型完成參數靈敏度分析；

步驟7，選擇高靈敏度變量，分別建立平均轉矩和轉矩脈動的響應面模型；

步驟8，將響應面模型代入多目標優化算法，獲得帕累托前沿，確定最優參數組合。