一种新的开关磁阻电机多目标优化方法技术

本发明专利技术公开一种开关磁阻电机的多目标优化方法，属于电机优化设计领域，本发明专利技术相比现有的仿生优化方法具有简单快速、易于实现、准确度高和考虑了人的主观因素的优点，相比传统的单目标优化方法，本发明专利技术可以兼顾电机的多个性能指标。本发明专利技术首先建立以电机综合性能为目标的优化函数，通过对选定的待优化参数和优化目标，建立正交表、进行正交试验，对正交试验结果的均值和方差分析以判断电机待优化参数对优化目标的综合灵敏度，同时建立一个三层结构模型，将三层结构模型用因素层、水平层和指标层矩阵表示，通过矩阵运算得出电机各待优化参数水平对各优化目标和电机性能影响的权重矩阵，最终得到电机最优的各参数水平组合和性能。

【技术实现步骤摘要】
一种新的开关磁阻电机多目标优化方法
本专利技术涉及开关磁阻电机的多目标优化设计，具体涉及到了电机各待优化参数水平对电机各优化目标和电机性能影响程度的权重计算。
技术介绍
开关磁阻电机起源于19世纪40年代，相比于同步电机或永磁电机，开关磁阻电机结构简单，造价低，控制方式灵活，容错能力强，系统可靠性高，并且它可在恶劣的环境的条件下工作，这些特点使它受到了许多学者的重视，经过几十年的发展，开关磁阻电机控制系统已经逐步完善，使得开关磁阻电机广泛应用电动汽车、航空工业、家用电气、风力发电，矿山系统等领域，但是，开关磁阻电机仍有一部分缺点制约着它的进一步发展和应用，例如，由于其模型的高度非线性，与相同尺寸下的永磁同步电机相比，它的脉动和噪声较大，这也制约开关磁阻电机带载能力和效率，使得其功率密度较低。因此，因此针对开关磁阻电机的缺点进行优化以改善其性能具有重要意义。开关磁阻电机的优化问题可以分为单目标优化和多目标优化，在传统的单目标优化中，仅仅考虑电机的某一个性能指标作为优化目标，虽然优化结果可能会使优化目标得到提升，但电机的其他性能指标可能会变差，最终使电机整体性能变差，因此，需要考虑开关磁阻电机的多个性能指标，对开关磁阻电机进行多目标优化，在一些已有的多目标优化方法中，很多方法优化的效果不理想，也有很多方法优化过程较为复杂，并且迭代次数多，收敛困难，难以实现，因此需要专利技术一种简单、快速、易于实现，并且优化结果较好的方法用于开关磁阻电机的多目标优化。
技术实现思路
本专利技术针对上述问题，提出了一种简单、快速、结果准确、优化效果明显、易于实现的新的开关磁阻电机多目标优化方法。本专利技术的一种新的开关磁阻电机多目标优化方法的有益效果有：(一)根据电机的待优化参数和优化目标建立正交表，减少了试验次数，节约了电机优化所需的时间，并且易于实现。(二)通过对正交试验结果的均值和方差分析，可以建立三层结构模型，同时综合考虑了电机参数对优化目标的灵敏度，使优化结果更加客观和可靠。(三)通过矩阵运算，能够得出电机各待优化参数对电机各优化目标的权重矩阵，并且可以考虑人为主观因素，结合设计者的使用要求，得到电机各待优化参数对电机综合性能影响程度的权重矩阵，最终得出电机最优结构参数和性能。附图说明图1是本专利技术的一种新的开关磁阻电机多目标优化方法流程图。图2是本专利技术的一种新的开关磁阻电机多目标优化方法优化实施的电机截面结构图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的一个实施例作进一步的描述：由建立的以电机综合性能为目标的优化函数和通过选取的开关磁阻电机的优化目标和待优化参数，建立正交表，确定需要进行的正交试验，通过对正交试验的数据结果，判断优化目标对待优化参数的灵敏度，以决定是否重新选取待优化参数，同时对数据进行均值和方差分析以建立一个三层结构模型，其中第一层为指标层，第二层为因素层，第三层为水平层，其中指标层可用一个指标层矩阵表示，因素层可用一个因素层矩阵表示，水平层可用一个水平层矩阵表示，分别对电机优化目标分别进行矩阵分析，可以得到电机各待优化参数水平对优化目标的权重矩阵，考虑人为主观因素，确定各优化目标在电机性能中所占的权重，可以得到待优化参数水平对电机性能影响程度的权重矩阵，最终得到电机最优的各参数水平组合。建立的以电机综合性能为目标的优化函数:其中xi，i＝1,2,3…n,为电机各参数的函数，fi(xi)为代表电机性能的指标，即某一个优化目标，wi为各优化目标对所占电机性能的的权重,其中w1+w2+…wn＝1，fimax为各优化目标的最大值。根据正交试验建立的三层结构模型，得到的的指标层矩阵M：式中，l为所选待优化参数的数量，m为每个待优化参数水平数。对应于期望优化目标值的升高或降低，Kij有两种不同情况的取值，当优化目标的值越大越好时，Kij＝kij，当优化目标值越小越号好时，Kij＝1/kij，其中kij为第i个待优化参数在第j个水平值下的优化目标的值。根据正交试验建立的三层结构模型，得到的因素层矩阵T：式中根据正交试验建立的三层结构模型，得到的因素层矩阵S：式中，si为第i个待优化参数在正交试验中不同水平下均值的极差，Si代表第i个待优化参数的极差占所有待优化参数极差之和的比例。接着，根据公式(2)、(3)、(4)计算表征待优化参数对优化目标重要程度的权重矩阵：式中，qij为第i个参数再第j个水平下对电机性能影响所占的比例，接着根据公式(1)、(5)计算各待优化参数对电机整体性能影响的权重矩阵Y：Y＝w1y1+w2y2+…+wnyn(6)式中wi和yi(i＝1,2,…,n)分别为优化目标在电机性能中所占的权重和各待优化参数对电机第i各优化目标影响的权重。本实施方式选用的开关磁阻电机，如图2所示。它具有12个定子极和8个转子极，电机的相数为3。下面利用图表进一步说明上述一种新的开关磁阻电机多目标优化方法的优化效果，电机的优化目标为平均静态电磁转矩Ta、电磁转矩平滑系数J、电机效率E，电机的待优化参数为定子齿宽A1、转子齿宽A2、定子轭厚A3、转子轭厚A4，各待优化参数的各水平值如下表1所示。表1待优化参数水平值(mm)定子齿宽A1转子齿宽A2定子轭厚A3转子轭厚A4水平123.0826.1416.920.7水平225.0828.1418.922.7水平327.0830.1420.924.7水平429.0832.1422.926.7水平531.0834.1424.928.7以平均静态电磁转矩为优化目标，得到的指标层矩阵M1如下：以平均静态电磁转矩为优化目标，得到的因素层矩阵T1如下：以平均静态电磁转矩为优化目标，得到的水平层矩阵S1如下：表征各待优化参数水平对平均静态电磁转矩影响的权重矩阵y1如下所示：同理可得到以电机的电磁转矩平滑系数和效率为优化目标的各待优化参数水平对平均静态电磁转矩影响的权重矩阵y2和y3,考虑主观因素，取w1＝w2＝w3,得到同时以三者为优化目标，表征电机各参数水平对电机综合性能的权重矩阵Y：该12/8型开关磁阻电机优化前后的电机性能如表1所示，表1表明这种新的开关磁阻电机多目标优化方法具有良好的多目标优化效果。表1开关磁阻电机优化前后的多性能比较优化目标平均静态电磁转矩Ta电磁转矩平滑系数J效率E...

【技术保护点】
1.一种新的开关磁阻电机多目标优化方法其特征在于：/n建立以电机综合性能为目标的函数，通过选取开关磁阻电机的优化目标和待优化参数，建立正交表，确定需要进行的正交试验，通过对正交试验数据结果的分析，判断优化目标对待优化参数的灵敏度，以决定是否重新选取待优化参数，同时对数据进行均值和方差分析，建立一个三层结构模型，其中第一层为指标层，第二层为因素层，第三层为水平层，其中指标层可以用一个指标层矩阵表示，因素层可以用一个因素层矩阵表示，水平层可以用一个水平层矩阵表示，对电机各优化目标分别进行矩阵分析运算，可以得到电机各待优化参数水平值对各优化目标影响程度的权重矩阵，考虑人为主观因素，确定各优化目标在电机性能中所占的权重，可以得到电机各待优化参数水平对电机性能影响程度的权重矩阵，最终得到电机最优的各参数水平组合和性能。/n

【技术特征摘要】
1.一种新的开关磁阻电机多目标优化方法其特征在于：
建立以电机综合性能为目标的函数，通过选取开关磁阻电机的优化目标和待优化参数，建立正交表，确定需要进行的正交试验，通过对正交试验数据结果的分析，判断优化目标对待优化参数的灵敏度，以决定是否重新选取待优化参数，同时对数据进行均值和方差分析，建立一个三层结构模型，其中第一层为指标层，第二层为因素层，第三层为水平层，其中指标层可以用一个指标层矩阵表示，因素层可以用一个因素层矩阵表示，水平层可以用一个水平层矩阵表示，对电机各优化目标分别进行矩阵分析运算，可以得到电机各待优化参数水平值对各优化目标影响程度的权重矩阵，考虑人为主观因素，确定各优化目标在电机性能中所占的权重，可以得到电机各待优化参数水平对电机性能影响程度的权重矩阵，最终得到电机最优的各参数水平组合和性能。


2.根据权利要求1中所述的一种新的开关磁阻电机多目标优化方法，其特征在于建立以电机综合性能为目标的函数：



其中xi，i＝1,2,3…n,为电机各参数的函数，fi(xi)为代表电机性能的指标，即某一个优化目标，wi为各优化目标对所占电机性能的的权重,其中w1+w2+…wn＝1，fimax为各优化目标的最大值。


3.根据权利要求1中所述的一种新的开关磁阻电机多目标优化方法，选取电机的优化目标和待优化参数，并建立一个正交表进行正交试验。


4.根据权利要求1中所述的一种新的开关磁阻电机多目标优化方法，对正交试验结果分析，判断待优化参数对优化目标的灵敏度，并建立一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈昊，袁中正，王星，张珂，巩士磊，阎明，张战，袁利，李祥阳，刘明燕，李景，
申请(专利权)人：中国矿业大学，荣成市荣佳动力有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32