横向磁通圆筒型开关磁阻直线电机多目标优化设计方法技术

本发明专利技术提出了一种新型横向磁通圆筒型开关磁阻直线电机的多目标优化设计方法。该方法可以有效地解决电机的优化设计问题。该方法主要包括以下步骤：权重选择层次分析法(AHP)和熵值法(EM)的组合方法来计算；综合评价得分选择优劣解距离法(TOPSIS)和灰色关联分析(GRA)的组合方法来计算；最后选取得分最高者作为电机的最终尺寸。机的最终尺寸。机的最终尺寸。

【技术实现步骤摘要】
横向磁通圆筒型开关磁阻直线电机多目标优化设计方法


[0001]本专利技术涉及新型电机优化设计领域，具体涉及到一种新型横向磁通圆筒型开关磁阻直线电机的多目标优化设计方法。

技术介绍

[0002]在电机优化设计领域，电机本体结构的选取是非常重要的，所以本专利技术首先从电机本体结构的选取对电机进行优化设计。横向磁通电机，通过合理的改变磁路结构，使电负荷和磁负荷相互解耦，可以有效的提高电机的电磁力；圆筒型电机，绕组没有端部可以从本体上很好地规避了边端效应；开关磁阻直线电机，可以直接实现电能和机械能之间的转化，不需要中间传动环节，具有结构简单，可靠性高和灵敏度好等优点。本专利技术设计的横向磁通圆筒型开关磁阻直线电机兼具横向磁通电机，圆筒型电机和开关磁阻直线电机的优点，结构非常新颖。其次对电机的初始尺寸进行多目标优化，能够大大提高电机性能。电机的优化目标分为单目标和多目标优化，单目标优化在优化过程中只有一个优化目标，优化过程简单，迅速，但未考虑其他目标对电机性能的影响，过于片面；多目标优化在优化过程中选取多个优化目标，综合考虑了多个不同的目标对电机性能影响，是一种综合评价算法。因此现有技术需要一种提高电机优化设计效率的综合评价算法，将电机优化设计过程中需要考虑的各种因素都考虑进去。

技术实现思路

[0003]针对上述技术中存在的问题，本专利技术提出了一种新型横向磁通圆筒型开关磁阻直线电机的多目标优化设计方法。该方法可以有效地解决电机的优化设计问题，为其他类型电机的优化设计提供新的思路。
[0004]为实现上述技术目的，本专利技术采用如下的技术方案予以实现：
[0005]一种新型横向磁通圆筒型开关磁阻直线电机的多目标优化设计方法，根据设计准则和经验得到电机的结构和初始尺寸，根据本专利技术所设计电机的特性，确定出电机的三个优化目标，平均电磁力，平滑系数和铜损比，由此确定出层次分析法
‑
熵值法
‑
优劣解距离法
‑
灰色关联分析(AHP
‑
EM
‑
TOPSIS
‑
GRA)综合评价算法对电机进行多目标优化，根据综合评价得分确定出电机优化后的最终尺寸，并将优化前后的三个优化目标进行对比。
[0006]其中，层次分析法(AHP)计算主观权重u
j
，根据本专利技术中电机的平均电磁力，平滑系数和铜损比这三个优化目标之间的相互比较，构建判断矩阵J，进行一致性检验，若通过检验，则权重分配合理；否则，需要重新构建判断矩阵。熵值法(EM)计算客观权重v
j
，需要对决策矩阵进行归一化处理。计算组合权重w，得到三个优化目标被分配的权重值，且和为1。优劣解距离法(TOPSIS)和灰色关联分析(GRA)计算综合评价得分，需要对决策矩阵X进行归一化，加权归一化和标准化处理。比较各方案的综合评价得分，再结合电机设计的具体要求，最终确定出性能良好的电机最终尺寸。
[0007]本专利技术的一种新型横向磁通圆筒型开关磁阻直线电机的多目标优化设计方法的
有益效果有：(一)多目标优化中的决策矩阵是由对电机的参数和优化目标进行敏感性分析得到的，能够准确的反应出参数值变化时对电机性能的影响；(二)由AHP和EM的组合赋权法来确定权重，既考虑了由专家的专业知识和经验主观判断得到的主观权重的主观随意性，又考虑到了根据原始数据之间的关系确定的客观权重的严谨性；(三)由TOPSIS和GRA组成的综合评价算法，既能够充分地利用原始数据，又能够精确地反映各评价方案之间的关联程度。
附图说明
[0008]图1是本专利技术的一种新型横向磁通圆筒型开关磁阻直线电机的多目标优化设计方法的流程图。
[0009]图2是本专利技术的一种新型横向磁通圆筒型开关磁阻直线电机的多目标优化设计方法的电机三维图。
具体实施方式
[0010]为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细描述。
[0011]步骤1：层次分析法(AHP)计算主观权重u
j
。
[0012]根据本专利技术中电机的平均电磁力，平滑系数和铜损比这三个优化目标之间的相互比较，构建判断矩阵J。相对重要性比例标度如表1所示，判断矩阵如表2所示。对得到的判断矩阵J进行一致性检验，若通过检验，则权重分配合理；否则，需要重新构建判断矩阵。最大特征值对应的归一化后的特征向量，即为主观权重。一致性指标CI，如公式(1)所示；一致性比例CR，如公式(2)所示；平均随机一致性指标RI，如表3所示。当一致性比例CI<0.1时，则判定构建的判断矩阵的一致性通过了检验。
[0013][0014][0015]表1相对重要性比例标度
[0016][0017]表2判断矩阵
[0018][0019]表3平均随机一致性指标
[0020][0021]步骤2：熵值法(EM)计算客观权重v
j
。
[0022]根据参数的变化范围和三个优化目标之间的关系得到如公式(3)所示的决策矩阵X，下标m代表参数变换范围内的第m参数，n代表第n优化目标。
[0023][0024]根据公式(4)对决策矩阵进行归一化处理，x
ij
代表第i个方案的第j个指标。
[0025][0026]根据公式(5)进行熵值计算。
[0027][0028]根据公式(6)进行变异系数计算。
[0029]c
j
＝1
‑
E
j (6)
[0030]根据公式(7)进行客观权重计算。
[0031][0032]步骤3：计算组合权重w。
[0033][0034]步骤4：优劣解距离法(TOPSIS)和灰色关联分析(GRA)计算综合评价得分。
[0035]TOPSIS
‑
GRA综合评价算法，能够充分地利用原始数据，计算结果能够精确地反映各评价方案之间的差距。本专利技术所要优化的三个指标都是极大型指标。
[0036]根据公式(9)对决策矩阵X进行标准化处理。
[0037][0038]根据公式(10)对公式(9)进行归一化处理。
[0039][0040]根据公式(11)对公式(10)进行加权归一化处理。
[0041][0042]根据公式(12)和(13)计算正理想解和负理想解。
[0043][0044]根据公式(14)和(15)计算第i个方案的第j个指标与正理想解和负理想解的灰色关联度。ξ是分辨系数，通常取0.5。
[0045][0046][0047]根据公式(16)和(17)计算每个方案分别到正理想解和负理想解的距离。
[0048][0049][0050]根据公式(18)和(19)对灰色关联度和距离进行标准化化处理。
[0051][0052][0053]根据公式(20)计算每个方案的相对贴近度，θ1和θ2为决策者对位置和形状的偏爱
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型横向磁通圆筒型开关磁阻直线电机的多目标优化设计方法，其特征在于：根据设计准则和经验得到电机的结构和初始尺寸，根据本发明所设计电机的特性，确定出电机的三个优化目标，平均电磁力，平滑系数和铜损比，由此确定出层次分析法
‑
熵值法
‑
优劣解距离法
‑
灰色关联分析(AHP
‑
EM
‑
TOPSIS
‑
GRA)综合评价算法对电机进行多目标优化，根据综合评价得分确定出电机优化后的最终尺寸，并将优化前后的三个优化目标进行对比。2.根据权利要求1所述的一种新型横向磁通圆筒型开关磁阻直线电机的多目标优化设计方法，其特征在于：首先，根据层次分析法计算主观权重，熵值法计算客观权重，组合公式计算组合权重；其次，根据优劣解距离法和灰色关联分析计算综合评价得分；最后，最终尺寸由综合评价得分最高者组成。3.根据权利要求1所述的一种新型横向磁通圆筒型开关磁阻直线电机的多目标优化设计方法，其特征在于：层次分析法(AHP)...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈昊，战一鸣，张珂，巩士磊，
申请(专利权)人：荣成市荣佳动力有限公司，
类型：发明
国别省市：