一种超超高效感应电机的多目标鲁棒优化设计方法技术

本发明专利技术涉及一种超超高效感应电机的多目标鲁棒优化设计方法，与现有技术相比解决了难以实现超超高效感应电机鲁棒优化设计的技术不足。本发明专利技术包括以下步骤：基于转子斜槽、单双层不等匝低谐波绕组的超超高效感应电机电磁设计获取电机设计变量；基于田口试验确定电机优化变量且合理划分多目标优化子空间；基于DE算法及Pareto评价的确定性子空间多目标优化；基于蒙特卡洛抽样子空间的Pareto解集前沿建立组合近似模型；计及优化变量扰动下，电机的多目标性能及鲁棒性能评估。本发明专利技术电机鲁棒优化设计在提升电机多目标优化性能的同时，兼顾考虑了电机生产制造过程中各种不确定性因素的存在，注重提升电机的鲁棒性能。注重提升电机的鲁棒性能。注重提升电机的鲁棒性能。

【技术实现步骤摘要】
一种超超高效感应电机的多目标鲁棒优化设计方法


[0001]本专利技术涉及超超高效感应电机
，具体来说是一种超超高效感应电机的多目标鲁棒优化设计方法。

技术介绍

[0002]感应电机是一类重要的机电能量转换装置，是工业生产的主要动力来源，拥有结构简单、成本低、运行可靠和维护方便等优点。为了提高能源利用率，实现节能减排，开展超超高效感应电机设计的研究，意义重大。相关感应电机效率提升的研究主要集中于电磁方案设计以及电机多目标优化等。
[0003]定子绕组设计决定电机气隙磁场的波形，进而直接影响电机运行性能，如采用Y
‑△
正弦绕组减小谐波磁动势，可减小杂散损耗与定子铜耗；改变定子各槽内导体数量，使定子电流沿铁芯更加接近于正弦分布的不等匝低谐波绕组，可有效降低气隙谐波对电机运行性能的不利影响，提升电机效率。
[0004]转子损耗在感应电机损耗中占比较大，为此，降低转子损耗已成为提高感应电机效率的重要技术手段。转子轴向斜槽，将V形双斜槽转子上下两部分再进行分割，所生成的W型新型斜槽转子，能够有效实现电机减振降噪。至于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超超高效感应电机的多目标鲁棒优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：11)基于转子斜槽、单双层不等匝低谐波绕组的高效感应电机电磁设计获取电机设计变量：采用转子斜槽、低谐波不等匝绕组技术，实现高效感应电机的电磁设计方案，获取高效感应电机的设计变量，并据此设置目标函数；12)基于田口试验确定电机优化变量且合理划分多目标优化子空间：基于正交表的田口试验以及方差分析，通过最小实验组合快速准确获得电机设计变量对所设定的目标函数中电机目标性能的影响权重，确定出电机优化变量；同时基于电机优化变量对于电机目标性能的影响权重，将电机多目标优化空间划分为序列优化子空间；13)基于DE算法及Pareto评价的确定性子空间多目标优化：鉴于DE算法在收敛速度与全局优化方面所具有的优势，将DE算法和Pareto评价相结合，实施序列子空间多目标优化，获得子空间的Pareto解集前沿；14)基于蒙特卡洛抽样子空间的Pareto解集前沿建立组合近似模型：基于蒙特卡洛抽样MCS对于获取的子空间的Pareto解集前沿随机采样获得样本数据，样本容量为n
s
，同时取子空间的优化变量为近似模型参数变量，建立集成径向基函数以及响应面的组合近似模型，且设定均方根误差最大值α，若RSME值大于α，则增加n
s
/2个采样点，迭代处理，直到组合模型建模精度达到设定的精度；15)计及优化变量扰动下，电机的多目标性能及鲁棒性能评估：根据11)
‑
13)步骤完成多目标确定性优化过程，获得子空间Pareto解集前沿，针对Pareto解集前沿上的每个设计方案，利用拉丁超立方抽样LHS，基于正态分布规律在其周围抽取出m个样本点，并基于14)步骤建立的该子空间的组合近似模型获得这m个样本点的各目标性能，同时计算这些设计方案的目标性能均值与标准差，再由6σ准则评估各设计方案的鲁棒性能；筛选满足鲁棒性能的方案，将其中多目标性能最优的方案确定为第一层优化子空间的最优方案，并序贯进行下一层子空间的多目标优化与鲁棒性能评估。2.根据权利要求1所述的一种超超高效感应电机的多目标鲁棒优化设计方法，其特征在于，所述基于转子斜槽、单双层不等匝低谐波绕组的高效感应电机电磁设计获取电机设计变量包括以下步骤：21)采用转子斜槽以及单双层不等匝低谐波定子绕组技术，实现高效感应电机的电磁方案设计；22)为实现超超高效感应电机多目标鲁棒优化设计，设置优化目标为感应电机效率Ef、功率因数PF以及转矩脉动T
rip
；基于有限元仿真分析，对电机电磁结构参数进行单参数扫描实验，判断电机结构参数的改变是否会引起目标性能的变化，若是，则将其作为设计变量；23)将直接影响高效感应电机目标性能的定子槽型、转子槽型结构参数及气隙长度设置为电机设计变量，选取最终电机设计变量为：定子槽口宽Bs1、定子槽宽Bs2、定子槽口高Hs1、定子槽深Hs2、转子槽口宽Br0、转子槽宽Br1、转子槽口高Hr0、转子槽深Hr1、转子斜槽角度θ以及气隙长度g。3.根据权利要求1所述的一种超超高效感应电机的多目标鲁棒优化设计方法，其特征在于，所述基于田口试验确定电机优化变量且合理划分多目标优化子空间包括以下步骤：31)根据选定的电机设计变量确定各设计变量的变化区间，并在此区间内等差确定水平因子数m以及试验次数n，电机设计变量个数为k，则最终建立L(n)
mk
正交表；
32)基于所建立的L(n)
mk
正交表，利用有限元分析完成田口试验，并利用方差分析公式对田口试验结果进行计算，获得各设计变量对感应电机目标性能的影响权重，其中方差分析计算公式为：析计算公式为：式中：i＝1，2
……
，m；j＝1，2
……
，k；m为各变量水平因子数；k为设计变量个数；n为试验次数；t为每个水平因子实验次数；y
i
为第i次实验记录值；T为n次实验记录值之和；S
ji
是第j个变量的水平因子i的t次试验所对应的目标性能品质特性之和；S
j
第j个变量所对应的n次实验目标性能品质特性之和；33)经计算获得各设计变量对于电机各优化目标的影响权重，选取对电机各优化目标性能影响权重大的电机设计变量作为电机优化变量；34)基于田口实验所获得的电机优化变量对于优化目标的影响权重，对电机多目标优化设计空间实施子空间划分，将影响大的电机优化变量与影响小的电机优化变量区分开，将整个优化空间划分为多层子空间：最重要的第一层优化子空间S1、第二层优化子空间S2、第三层优化子空间S3，并按顺序进行序列优化。4.根据权利要求1所述的一种超超高效感应电机的多目标鲁棒优化设计方法，其特征在于，所述基于DE算法及Pareto评价的确定性子空间多目标优化包括以下步骤：41)选取气隙长度g、转子斜槽角度θ、定子槽宽Bs2为第一层优化子空间S1的优化变量，以效率Ef、功率因数PF、转矩脉动T
rip
为优化目标，将DE算法与Pareto评价相结合，首先对最重要的第一子空间S1进行多目标优化，其优化目标为：其中，f1、f2、f3分别对应优化目标的效率Ef、功率因数PF、转矩脉动T
rip
；42)设定参考转矩脉动T
rip*
＝5％为基值，对f1，f2，f3进行处理，即：其中，F1、F2、F3分别代表优化目标经过处理后的表达式基于DE算法和Pareto评价，获取第一层子空间S1确定性优化后获得的Pareto解集。5.根据权利要求1所述的一种超超高效感应电机的多目标鲁棒优化设计方法，其特征
在于，所述基于蒙特卡洛抽样Pareto解集前沿建立组合近似模型包括以下步骤：51)建立径向基函数近似模型：对于第一层优化子空间S1，首先利用蒙特卡洛抽样在其Pareto解集前沿上抽取n
s
＝400个样本点，首先利用其中N＝200个样本点，以优化变量构成200
×
3径向基函数输入矩阵X

【专利技术属性】
技术研发人员：李红梅，王家兵，刘立文，尉恬，王进宇，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：