[發(fā)明專利]一種開關(guān)磁阻電機(jī)減振降噪優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202210291097.0
• 申請日: 2022-03-23
• 公開（公告）號: CN114818166A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 葛樂飛;鐘繼析;劉家羽;張東鵬;謝晨陽;宋受俊
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/23;G06F17/18;G06F111/06;G06F119/10
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1.一種開關(guān)磁阻電機(jī)減振降噪優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于：在開關(guān)磁阻電機(jī)的設(shè)計(jì)階段，利用敏感性分析得到影響電機(jī)性能的主要設(shè)計(jì)參數(shù)，通過模式搜索算法以及折中妥協(xié)決策法算法尋找開關(guān)磁阻電機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)最佳化妥協(xié)解，并根據(jù)振動(dòng)特性調(diào)整電機(jī)定子設(shè)計(jì)參數(shù)。此方法不僅以效率為主要優(yōu)化目標(biāo)，還將轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和最大徑向力考慮在內(nèi)。該方法實(shí)現(xiàn)步驟如下：

步驟一：初選電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)及范圍；幾何設(shè)計(jì)參數(shù)主要包括轉(zhuǎn)子軸半徑(r_sh)、轉(zhuǎn)子外半徑(r_r)、定子外半徑(r_s)、轉(zhuǎn)子極弧角(b_r)、定子極弧角(b_s)、轉(zhuǎn)子磁軛厚度(h_ry)、定子磁軛厚度(h_sy)、轉(zhuǎn)子磁極寬度(w_rp)、定子磁極寬度(w_sp)、氣隙長度(g)和硅鋼片的堆疊長度(L_stk)，其中參數(shù)r_s、r_r和L_stk是電機(jī)功率密度的關(guān)鍵因素，將初始值±5％的變化視為優(yōu)化范圍；

步驟二：高斯過程回歸分析建立開關(guān)磁阻電機(jī)非參數(shù)模型；由高斯過程回歸分析多元正態(tài)分布方程得到后預(yù)驗(yàn)值，進(jìn)一步計(jì)算后平均值，后平均值即可視為高斯過程回歸分析的解，由此得到開關(guān)磁阻電機(jī)非參數(shù)模型；

步驟三：歸一化均方根誤差進(jìn)行建模誤差量化，若不滿足誤差范圍則重復(fù)步驟二的高斯回歸分析；

步驟四：求解一階敏感度指標(biāo)和全局敏感度指標(biāo)；在步驟二建立開關(guān)磁阻電機(jī)模型的基礎(chǔ)上，可以求解出設(shè)計(jì)參數(shù)對電機(jī)性能的一階敏感度指標(biāo)和全局敏感度指標(biāo)；

步驟五：根據(jù)步驟四的結(jié)果確定主要優(yōu)化參數(shù)和優(yōu)化目標(biāo)，在高斯過程回歸分析建模的基礎(chǔ)上運(yùn)用模式搜索算法進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化；首先設(shè)置模式搜索算法的初始點(diǎn)數(shù)、網(wǎng)格大小和最大迭代次數(shù)等相關(guān)參數(shù)，并通過拉丁超立方體采樣生成初始數(shù)據(jù)；其次基于生成的初始數(shù)據(jù)和網(wǎng)格尺寸創(chuàng)建網(wǎng)格點(diǎn)；然后在一個(gè)模式下輪詢所有網(wǎng)格點(diǎn)，輪詢成功則代替當(dāng)前點(diǎn)并將網(wǎng)格尺寸擴(kuò)大二倍，輪詢失敗則保持當(dāng)前點(diǎn)并將網(wǎng)格尺寸縮小一半；當(dāng)所有模式均輪詢成功，則結(jié)束模式搜索算法，更新帕累托最優(yōu)解集；

步驟六：利用折中妥協(xié)決策法尋找開關(guān)磁阻電機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)最佳化妥協(xié)解；首先將步驟五得到的帕累托集作為J個(gè)解與n個(gè)目標(biāo)函數(shù)的決策矩陣，根據(jù)決策矩陣定義最優(yōu)值f_i^*與最劣值f_i^-；分別計(jì)算出群體效益值S_j，個(gè)別遺憾度R_j計(jì)和決策方案的折中值Q_j；指標(biāo)值Q_i越小方案越優(yōu)；根據(jù)S、R、Q的值降序排列解的值；最佳解a'需同時(shí)滿足下式，且也是S、R的最優(yōu)解；

式中a”是Q的排名列表中的第二個(gè)最佳(最小)解決方案；

步驟七：計(jì)算開關(guān)磁阻電機(jī)的本征頻率；首先計(jì)算平均半徑r_avg，其次計(jì)算考慮定子極和繞組的糾正參數(shù)Δ_mass，于是在mode 0和下電機(jī)的本征頻率f₀和f_n可以計(jì)算得到；

步驟八：結(jié)合振動(dòng)分析調(diào)整定子設(shè)計(jì)參數(shù)；首先基于步驟六本征頻率的計(jì)算結(jié)果，計(jì)算開關(guān)磁阻電機(jī)的臨界速度n_c，基于臨界速度調(diào)整定子軛厚度的表達(dá)式為：

式中，f_h為臨界轉(zhuǎn)速下徑向力的諧波頻率平均值；f_e為開關(guān)磁阻電機(jī)在mode 4下的本征頻率。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種開關(guān)磁阻電機(jī)減振降噪優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，計(jì)算一階敏感度指標(biāo)和全局敏感度指標(biāo)，并通過高斯過程回歸分析求解，得到影響電機(jī)性能的主要設(shè)計(jì)參數(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種開關(guān)磁阻電機(jī)減振降噪優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，計(jì)算歸一化均方根誤差，定量分析權(quán)利要求1所述開關(guān)磁阻電機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)敏感性分析誤差大小。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種開關(guān)磁阻電機(jī)減振降噪優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，運(yùn)用模式搜索算法進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化。