非晶/纳米晶电机的多变量非线性强耦合优化设计方法

本发明属于高性能电机领域，尤其涉及一种非晶/纳米晶电机的多变量非线性强耦合优化设计方法。

背景技术：

1、非晶/纳米晶合金的磁滞伸缩系数是硅钢片的数倍，且非晶/纳米晶合金材料对应力敏感，为了保证磁性能，压紧力不宜过大，铁心叠压系数低，相对比较松散，因此，非晶/纳米晶合金电机的振动噪声较传统硅钢片电机大。此外，非晶/纳米晶合金电机绕组对脉宽调制变频供电时高次谐波电流的过滤能力弱于硅钢片电机，在周期性过载和宽频调速时，其时间谐波和空间谐波引起的损耗明显增加，复杂工况下非晶/纳米晶电机的低损耗优势将被削弱。高性能非晶/纳米晶合金电机需同时具备高过载能力、宽调速能力、高效轻量化和安全舒适性，涉及多个设计变量，优化变量间为强耦合关系，优化目标与约束条件具有高度非线性，且需考虑不同工况下非晶/纳米晶合金电机性能的适用性。因此，非晶/纳米晶合金电机的设计具有强耦合、多约束和非线性时变特征，运行工况复杂同时物理环境多变，其内部电磁、应力和温度等物理因素交互作用形成的耦合效应突出，增加了非晶/纳米晶合金电机优化设计的复杂度和难度，亟需探究高性能非晶合金电机的多变量非线性强耦合振动和损耗抑制方法。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

2、为此，本发明的目的在于提出一种非晶/纳米晶电机的多变量非线性强耦合优化设计方法，用于研制新一代高性能非晶/纳米晶合金电机样机。

3、为达上述目的，本发明第一方面提出了一种非晶/纳米晶电机的多变量非线性强耦合优化设计方法，包括以下步骤：

4、对非晶/纳米晶电机内的多种设计参数开展灵敏度分析，并结合层次分析法和熵权法确定优化目标和约束条件，根据所述优化目标和约束条件建立所述非晶/纳米晶合金电机的多目标优化模型；

5、采用改进的量子遗传算法对所述非晶/纳米晶合金电机的多目标优化模型求解，根据不同工况选择优化设计参数，将优化结果聚类为结构方案、电气方案和材料方案；

6、将所述结构方案、电气方案和材料方案组合实施，并校核不同工况时的控振降损效果，根据所述控振降损效果确定新一代高性能非晶/纳米晶合金电机样机。

7、可选的，所述对非晶/纳米晶电机内的多种设计参数开展灵敏度分析，并结合层次分析法和熵权法确定优化目标和约束条件，根据所述优化目标和约束条件建立所述非晶/纳米晶合金电机的多目标优化模型，包括：

8、在不同工况下对所述非晶/纳米晶合金电机的多种设计参数开展灵敏度分析，选取敏感参数作为振动和损耗抑制的初选设计变量，确定所述非晶/纳米晶合金电机振动和损耗抑制的主要设计目标和辅助设计目标，将所述初选设计变量分类为结构参数、电磁参数和材料参数，建立决策分析层次结构；

9、基于层次分析法的主观决策和基于熵权法的客观分析，对所述初选设计变量进行组合赋权，获得所述初选设计变量的影响权重排序，根据所述影响权重排序定量终选出设计变量；

10、确定所述设计变量的约束条件以及非晶/纳米晶合金电机的振动、损耗、体积和质量优化目标，建立高性能非晶/纳米晶合金电机的多目标优化模型。

11、可选的，所述改进的量子遗传算法，包括：

12、利用量子态的叠加、纠缠和干涉特性，将量子的态矢量引入遗传编码，使每一条染色体可以表达多个态的叠加，在所述非晶/纳米晶合金电机的设计参数的种群初始化过程中引入小生境协同进化方法，自适应调整交叉概率、变异概率及旋转角并改进量子旋转门。

13、可选的，所述将优化结果聚类为结构方案、电气方案和材料方案，包括：

14、设计优化结构，包括通过阻断涡流流通路径降低损耗，使结构受力更均匀以减少振动；

15、抑制谐波磁场，包括抑制谐波磁通以降低铁心磁饱和度并降低不平衡电磁激励；

16、采用新型互补材料，采用与非晶/纳米晶合金材料特性互补的高性能电磁超材料，以进一步降低振动和损耗。

17、本发明第二方面提出了一种非晶/纳米晶电机的多变量非线性强耦合优化设计装置，包括以下模块：

18、构建模块，用于对非晶/纳米晶电机内的多种设计参数开展灵敏度分析，并结合层次分析法和熵权法确定优化目标和约束条件，根据所述优化目标和约束条件建立所述非晶/纳米晶合金电机的多目标优化模型；

19、优化模块，用于采用改进的量子遗传算法对所述非晶/纳米晶合金电机的多目标优化模型求解，根据不同工况选择优化设计参数，将优化结果聚类为结构方案、电气方案和材料方案；

20、设计模块，用于将所述结构方案、电气方案和材料方案组合实施，并校核不同工况时的控振降损效果，根据所述控振降损效果确定新一代高性能非晶/纳米晶合金电机样机。

21、本申请第三方面提出一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如上述第一方面中任一所述的方法。

22、本申请第四方面提出一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述第一方面中任一所述的方法。

23、本申请的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：

24、通过对非晶/纳米晶电机内设计参数灵敏度分析，结合层次分析法、熵权法以及量子遗传算法，对参数依次进行定性初选、定量终选与优化求解，最终得到最优解，以确定新一代高性能非晶/纳米晶合金电机样机，将机械、电气、控制、数学等多学科的基础理论融合，解决了由于运行工况复杂与物理环境多变造成的非晶/纳米晶合金电机优化设计的复杂度和难度，能有效实现多变量的协同优化设计，助力高性能非晶/纳米晶电机样机的研发。

25、本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

技术特征：

1.一种非晶/纳米晶电机的多变量非线性强耦合优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对非晶/纳米晶电机内的多种设计参数开展灵敏度分析，并结合层次分析法和熵权法确定优化目标和约束条件，根据所述优化目标和约束条件建立所述非晶/纳米晶合金电机的多目标优化模型，包括：

3.根据权利1所述的方法，其特征在于，所述改进的量子遗传算法，包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将优化结果聚类为结构方案、电气方案和材料方案，包括：

5.一种非晶/纳米晶电机的多变量非线性强耦合优化设计装置，其特征在于，包括以下模块：

6.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如权利要求1-4中任一所述的非晶/纳米晶电机的多变量非线性强耦合优化设计方法。

7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-4任意一项所述的非晶/纳米晶电机的多变量非线性强耦合优化设计方法。

技术总结
本发明提出一种非晶/纳米晶电机的多变量非线性强耦合优化设计方法，涉及高性能电机领域，包括：对非晶/纳米晶电机内的多种设计参数开展灵敏度分析，并结合层次分析法和熵权法确定优化目标和约束条件，根据优化目标和约束条件建立非晶/纳米晶合金电机的多目标优化模型；采用改进的量子遗传算法对非晶/纳米晶合金电机的多目标优化模型求解，根据不同工况选择优化设计参数，将优化结果聚类为结构方案、电气方案和材料方案；将结构方案、电气方案和材料方案组合实施，并校核不同工况时的控振降损效果，根据控振降损效果确定新一代高性能非晶/纳米晶合金电机样机。本申请借助启发式算法，得到了非晶/纳米晶电机具体的优化设计改进措施。

技术研发人员：徐学平,刘怡,孙津济,郑世强,韩邦成
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15