基于多目标优化的V型内置式转子磁钢槽优化方法

文档序号:41240617发布日期:2025-03-14 12:09阅读:16来源:国知局
基于多目标优化的V型内置式转子磁钢槽优化方法

本发明属于电机设计,具体涉及一种用于提高v型内置式永磁同步电动机性能的转子磁钢槽优化设计方法。


背景技术:

1、在电机设计领域,v型内置式转子磁钢槽是影响电机性能的关键结构之一。由于电机在运行过程中需要保持高效率和稳定性,因此对转子磁钢槽的精确设计提出了很高的要求。传统的设计方法存在优化效率低、耗时长和优化精度不高等问题。随着计算技术的发展,有限元分析(fea)逐渐成为电机设计中的重要工具,它能够对电机内部的电磁场进行精确模拟,从而预测电机的性能。然而,直接应用有限元分析进行参数优化计算成本高昂,尤其在参数维度较高时,需要大量的计算资源和时间。因此,迫切需要一种高效且系统化的设计优化方法来改善这一现状。


技术实现思路

1、为了克服已有技术的不足,本发明提供了一种基于多目标优化的v型内置式转子磁钢槽优化方法,通过敏感性分析快速识别对电机性能影响显著的设计参数,然后利用优化算法对这些参数进行系统化优化,以提高电机的性能。本发明的优化方法不仅能够显著提升电机的性能,还大大减少了设计迭代次数和设计周期,为电机设计提供了一种高效、系统的优化方法。此外,该方法的应用不仅限于v型内置式转子磁钢槽,还可以扩展到其他类型电机的设计优化中,具有广泛的应用前景。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:

3、一种基于多目标优化的v型内置式转子磁钢槽优化方法,包括以下步骤:

4、s1:选取优化参数,确定优化目标,建立电机有限元模型;

5、s2:采用bbd抽样方法对设计变量样本采样,通过fea计算优化目标结果,使用spearman相关系数法分析设计变量与优化目标之间的敏感度,将设计变量分为高敏感度和低敏感度两部分;

6、s3:通过田口法设计低敏感度参数因子水平,进行正交实验并对其平均值和方差分析,确定最优的设计变量组合水平值;

7、s4:对高敏感度参数样本采样,通过fea计算优化目标结果。利用adaboost算法和灰狼优化算法优化bp神经网络,构建高敏感度设计变量与优化目标之间的代理模型。判断代理模型精度是否符合要求,若不符合则增加样本采样个数;

8、s5:结合gwo-bpnn-adabooost代理模型和nsga-ii对高敏感度参数进行多目标优化,确定最佳高敏感度设计变量参数;

9、s6:分析对比优化前后电机性能。

10、进一步,所述s1中,电机为4极6槽内置式永磁同步电机,在保持电机转子的内外径尺寸及永磁体用量恒定的前提下,对电机转子结构进行优化;基于电机电磁性能的提高,选取3个优化目标:1)最小化齿槽转矩;2)提高输出转矩;3)减小转矩脉动。

11、所述s2中,采用斯皮尔曼法分析设计变量与优化目标之间的敏感度,综合考虑三个优化目标,采用权重系数对各变量进行评价。

12、所述s3中,基于田口法的低敏感度参数优化过程如下:

13、3.1设计低敏感度参数因子水平;

14、3.2正交试验设计;

15、3.3平均值分析;

16、3.4方差分析。

17、所述s4中,基于代理模型和nsga-π高敏感度参数优化的过程如下:

18、4.1构建代理模型:采用gwo-bpnn-adaboost模型构建电机优化设计的代理模型;

19、4.2评价代理模型,回归模型评价指标为:决定系数r2、均方根误差rmse、平均绝对误差mae、平均绝对百分比误差mape。

20、所述s5中,多目标优化的过程为:

21、5.1电机优化的数学模型

22、电机优化的目标函数为:

23、

24、电机优化的约束条件设置为:

25、

26、5.2nsga-ii寻优

27、根据建立的gwo-bpnn-adaboost代理模型和电机优化的数学模型,采用nsga-π算法对高敏感度参数寻优。

28、所述s6中,优化结果分析如下;

29、6.1齿槽转矩对比:优化后齿槽转矩峰值大幅度降低,由32.53降低为17.79mn·m,削弱了45.32%,优化效果明显;

30、6.2输出性能对比:降低齿槽转矩的同时,提高电机的输出转矩,降低转矩脉动。优化后电机输出转矩平均值由195.69mn·m变为210.88mn·m,转矩脉动由10.63%降到7.22%。

31、本发明的有益效果主要表现在:不仅能够显著提升电机的性能,还大大减少了设计迭代次数和设计周期,为电机设计提供了一种高效、系统的优化方法。此外,该方法的应用不仅限于v型内置式转子磁钢槽,还可以扩展到其他类型电机的设计优化中,具有广泛的应用前景。



技术特征:

1.一种基于多目标优化的v型内置式转子磁钢槽优化方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:

2.如权利要求1所述的基于多目标优化的v型内置式转子磁钢槽优化方法,其特征在于,所述s1中,电机为4极6槽内置式永磁同步电机,在保持电机转子的内外径尺寸及永磁体用量恒定的前提下,对电机转子结构进行优化;基于电机电磁性能的提高,选取3个优化目标:1)最小化齿槽转矩;2)提高输出转矩;3)减小转矩脉动。

3.如权利要求1或2所述的基于多目标优化的v型内置式转子磁钢槽优化方法,其特征在于,所述s2中,采用斯皮尔曼法分析设计变量与优化目标之间的敏感度,综合考虑三个优化目标,采用权重系数对各变量进行评价。

4.如权利要求1或2所述的基于多目标优化的v型内置式转子磁钢槽优化方法,其特征在于,所述s3中,基于田口法的低敏感度参数优化过程如下:

5.如权利要求1或2所述的基于多目标优化的v型内置式转子磁钢槽优化方法,其特征在于,所述s4中,基于代理模型和nsga-π高敏感度参数优化的过程如下:

6.如权利要求1或2所述的基于多目标优化的v型内置式转子磁钢槽优化方法,其特征在于,所述s5中,多目标优化的过程为:

7.如权利要求1或2所述的基于多目标优化的v型内置式转子磁钢槽优化方法,其特征在于,所述s6中,优化结果分析如下;


技术总结
一种基于多目标优化的V型内置式转子磁钢槽优化方法,通过敏感性分析快速识别对电机性能影响显著的设计参数,然后利用优化算法对这些参数进行系统化优化,以提高电机的性能。本发明的优化方法不仅能够显著提升电机的性能,还大大减少了设计迭代次数和设计周期,为电机设计提供了一种高效、系统的优化方法;此外,该方法的应用不仅限于V型内置式转子磁钢槽,还可以扩展到其他类型电机的设计优化中,具有广泛的应用前景。

技术研发人员:裘信国,金高凡
受保护的技术使用者:浙江工业大学
技术研发日:
技术公布日:2025/3/13
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