改进蜉蝣算法永磁同步电机电磁振动噪声优化方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种改进蜉蝣算法永磁同步电机电磁振动噪声优化方法及系统，涉及电机优化技术领域，该方法包括建立永磁同步电机解析模型，分析永磁同步电机电磁振动噪声特性；确定永磁同步电机的设计变量、约束条件与优化目标；在传统蜉蝣搜索算法的基础上进行改进，将Circle混沌映射、余弦权重因子和柯西变异策略引入到传统蜉蝣搜索算法，得到改进的蜉蝣算法，并利用改进的蜉蝣算法对永磁同步电机解析模型进行寻优计算，得到满足约束条件和目标函数的最优电机性能参数。本发明专利技术可以使产生的种群位置更加均匀，范围更加广泛，在最优解位置进行扰动变异操作得出新解，改善算法跌入局部区域的缺陷，增大使其跳出局部最优的可能性，提高算法寻优精度。提高算法寻优精度。提高算法寻优精度。

【技术实现步骤摘要】
改进蜉蝣算法永磁同步电机电磁振动噪声优化方法及系统


[0001]本专利技术涉及电机优化
，尤其涉及一种改进蜉蝣算法永磁同步电机电磁振动噪声优化方法及系统。

技术介绍

[0002]内置式永磁同步电机更容易被设计成具有体积小、重量轻、效率高、可实现较高调速范围特点的电机，主要被应用于电动汽车驱动系统之中，虽然内置式永磁步电机具有诸多优点，但是其等效气隙长度较小，通常会产生较多的径向电磁力谐波分量以及较的谐波幅值，很容易激发对应的定子模态，造成较为严重的振动,从而产生噪声。所以有必要从电机的定转子结构出发，通过改变定子模态频率、电磁力两种角度改善电机噪声。
[0003]因为永磁同步电机的设计问题具有多目标、多变量、非线性等特色，传统的优化算法很难完成全局最优化设计，近年提出的群体智能优化算法主要是模拟了昆虫，兽群，鸟群和鱼群的群体行为，这些群体按照一定的合作方式寻找食物，群体中每个成员通过学习它自身经验和其他成员的经验来不断改变搜索的方向。蜉蝣算法是根据蜉蝣的飞行和繁衍提出的优化算法，其中雌性和雄性的移动为算法提供了局部搜索能力，而交配繁衍后代进行选择提供了全局搜索能力，算法的局部搜索能力很强但是稳定性较差，容易陷入局部最优。因此有必要提出一种新的优化方法来避免算法陷入局部最优。

技术实现思路

[0004]为此，本专利技术实施例提供了一种改进蜉蝣算法永磁同步电机电磁振动噪声优化方法及系统，解决现有算法产生的种群位置不均匀，在最优解位置进行扰动变异操作得出新解，改善算法跌入局部区域的缺陷，增大使其跳出局部最优的可能性，提高算法寻优精度，从而对电机噪音进行优化。
[0005]为了解决上述问题，本专利技术实施例提供一种改进蜉蝣算法永磁同步电机电磁振动噪声优化方法，所述方法包括：
[0006]S1：建立永磁同步电机解析模型，分析永磁同步电机电磁振动噪声特性；
[0007]S2：基于永磁同步电机解析模型，确定永磁同步电机的设计变量、约束条件与优化目标；
[0008]S3：对永磁同步电机解析模型进行寻优计算，以永磁同步电机定转子结构参数为优化变量，以永磁同步电机电磁的输出转矩、转矩脉动、特定阶次频率的径向力波、多频次电磁振动和材料价格为优化目标，对永磁同步电机进行多物理场、多目标振动噪声优化，得到满足约束条件和目标函数的最优电机性能参数。
[0009]优选地，建立永磁同步电机解析模型，分析永磁同步电机电磁振动噪声特性的方法为：
[0010]S11：建立永磁同步电机等效磁路模型，计算规定工况下永磁同步电机气隙磁场，根据Maxwell应力张量方程计算永磁同步电机气隙中径向电磁力波，并通过定子铁芯齿部
调制方程转换为定子铁芯齿部所受径向电磁力波，经过二维傅里叶分解后将其发送到振动传递函数中作为输入，得到永磁同步电机气隙磁密和电磁力波；
[0011]S12：利用模态叠加法求得定子电磁振动噪声位移、速度和加速度谐波响应；
[0012]S13：计算噪声声压，采用取分贝对数方法得到噪声的声压级。
[0013]优选地，所述永磁同步电机气隙磁密和电磁力波的计算解析表达式为：
[0014][0015]B
g
(θ,t)＝[f
pm,g
(θ,t)+f
arm,g
(θ,t)]Λ0·
λ
sat
(θ,t)
·
λ
dq
(θ,t)
·
λ
bri
(θ,t)
·
λ
slot
(θ)
[0016]其中，p
r
(θ,t)为永磁同步电机气隙中径向电磁力波，p
t
(θ,t)为永磁同步电机气隙中切向电磁力波，B
g
(θ,t)为永磁同步电机气隙磁密，B
r
(θ,t)为气隙径向磁密，B
t
(θ,t)为气隙切向磁密，μ0为真空磁导率，θ为电角度，t为时间，f
pm,g
(θ,t)为永磁体在气隙中磁动势，f
arm,g
(θ,t)为电枢绕组在气隙中磁动势，Λ0为不考虑开槽时气隙均匀磁导，λsat(θ,t)为磁路饱和效应引起的相对气隙磁导比，λ
dq
(θ,t)为转子凸极引起的相对气隙磁导比，λ
bri
(θ,t)为转子隔磁桥引起的相对气隙磁导比，λ
slot(θ,t)
为定子开槽引起的相对气隙磁导比。
[0017]优选地，所述基于永磁同步电机解析模型，确定永磁同步电机的设计变量、约束条件与优化目标，具体包括：
[0018]所述设计变量包括槽口高度，槽口宽度，永磁体宽度，永磁体厚度，极弧系数，磁钢夹角；
[0019]所述约束条件表示如下：
[0020][0021]其中，x1，x2，
…
，x
n
表示永磁同步电机的设计变量；g1(x)，g2(x)，
…
，g
m
(x)表示永磁同步电机各项技术性能指标的约束函数；m为约束函数的数量；
[0022]所述优化目标表示如下：
[0023]f(x)＝f(x1,x2,
…
,x
n
)
[0024]其中，x1，x2，
…
，x
n
表示永磁同步电机的设计变量；f(x)表示永磁同步电机优化设计中的目标函数。
[0025]优选地，所述步骤S3具体包括：
[0026]S31：利用Circle混沌映射随机初始化蜉蝣种群，将初始种群分为雄性组和雌性组；
[0027]S32：计算蜉蝣个体即待优化变量的适应度值并排序，找到个体最优值和全局最优值；
[0028]S33：根据雄性蜉蝣速度更新公式、雌性蜉蝣速度更新公式、雌雄蜉蝣位置的移动
公式，分别更新蜉蝣个体的速度和位置，并评估更新后的适应度；
[0029]S34：分别对雌雄个体按照适应度由优到差进行排列，同等级的雌雄个体进行交配操作以产生子代蜉蝣；
[0030]S35：随机将子代分为雌性和雄性，对空间中所有的蜉蝣个体按照适应度值进行排序，筛选出与初始种群数量相同的优秀个体；
[0031]S36：判断是否达到迭代结束条件，满足则退出循环并输出最优解，得到永磁同步电机电磁振动噪声最优待优化变量，获得最优电机性能参数，否则返回步骤S32。
[0032]优选地，利用Circle混沌映射随机初始化蜉蝣种群，其中Circle混沌映射表达式为：
[0033][0034]其中，x
i
为第i只蜉蝣的位置，mod为取余函数；
[0035]在原有的Circle混沌映射表达式上引入随机变量，改进后的表达式为：
[0036][0037]其中，N
T
为混沌序列内的粒子个数，rand(0,1)为[0,1]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改进蜉蝣算法永磁同步电机电磁振动噪声优化方法，其特征在于，包括：S1：建立永磁同步电机解析模型，分析永磁同步电机电磁振动噪声特性；S2：基于永磁同步电机解析模型，确定永磁同步电机的设计变量、约束条件与优化目标；S3：对永磁同步电机解析模型进行寻优计算，以永磁同步电机定转子结构参数为优化变量，以永磁同步电机电磁的输出转矩、转矩脉动、特定阶次频率的径向力波、多频次电磁振动和材料价格为优化目标，对永磁同步电机进行多物理场、多目标振动噪声优化，得到满足约束条件和目标函数的最优电机性能参数。2.根据权利要求1所述的改进蜉蝣算法永磁同步电机电磁振动噪声优化方法，其特征在于，建立永磁同步电机解析模型，分析永磁同步电机电磁振动噪声特性的方法为：S11：建立永磁同步电机等效磁路模型，计算规定工况下永磁同步电机气隙磁场，根据Maxwell应力张量方程计算永磁同步电机气隙中径向电磁力波，并通过定子铁芯齿部调制方程转换为定子铁芯齿部所受径向电磁力波，经过二维傅里叶分解后将其发送到振动传递函数中作为输入，得到永磁同步电机气隙磁密和电磁力波；S12：利用模态叠加法求得定子电磁振动噪声位移、速度和加速度谐波响应；S13：计算噪声声压，采用取分贝对数方法得到噪声的声压级。3.根据权利要求2所述的改进蜉蝣算法永磁同步电机电磁振动噪声优化方法，其特征在于，所述永磁同步电机气隙磁密和电磁力波的计算解析表达式为：B
g
(θ,t)＝[f
pm,g
(θ,t)+f
arm,g
(θ,t)]Λ0·
λ
sat
(θ,t)
·
λ
dq
(θ,t)
·
λ
bri
(θ,t)
·
λ
slot
(θ)其中，p
r
(θ,t)为永磁同步电机气隙中径向电磁力波，p
t
(θ,t)为永磁同步电机气隙中切向电磁力波，B
g
(θ,t)为永磁同步电机气隙磁密，B
r
(θ,t)为气隙径向磁密，B
t
(θ,t)为气隙切向磁密，μ0为真空磁导率，θ为电角度，t为时间，f
pm,g
(θ,t)为永磁体在气隙中磁动势，f
arm,g
(θ,t)为电枢绕组在气隙中磁动势，Λ0为不考虑开槽时气隙均匀磁导，λsat(θ,t)为磁路饱和效应引起的相对气隙磁导比，λ
dq
(θ,t)为转子凸极引起的相对气隙磁导比，λ
bri
(θ,t)为转子隔磁桥引起的相对气隙磁导比，λ
slot(θ,t)
为定子开槽引起的相对气隙磁导比。4.根据权利要求1所述的改进蜉蝣算法永磁同步电机电磁振动噪声优化方法，其特征在于，所述基于永磁同步电机解析模型，确定永磁同步电机的设计变量、约束条件与优化目标，具体包括：所述设计变量包括槽口高度，槽口宽度，永磁体宽度，永磁体厚度，极弧系数，磁钢夹角；所述约束条件表示如下：
其中，x1，x2，
…
，x
n
表示永磁同步电机的设计变量；g1(x)，g2(x)，
…
，g
m
(x)表示永磁同步电机各项技术性能指标的约束函数；m为约束函数的数量；所述优化目标表示如下：f(x)＝f(x1,x2,
…
,x
n
)其中，x1，x2，
…
，x
n
表示永磁同步电机的设计变量；f(x)表示永磁同步电机优化设计中的目标函数。5.根据权利要求1所述的改进蜉蝣算法永磁同步电机电磁振动噪声优化方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：S31：利用Circle混沌映射随机初始化蜉蝣种群，将初始种群分为雄性组和雌性组；S32：计算蜉蝣个体即待优化变量的适应度值并排序，找到个体最优值和全局最优值；S33：根据雄性蜉蝣速度更新公式、雌性蜉蝣速度更新公式、雌雄蜉蝣位置的移动公式，分别更新蜉蝣个体的速度和位置，并评估更新后的适应度；S34：分别对雌雄个体按照适应度由优到差进行排列，同等级的雌雄个体进行交配操作以产生子代蜉蝣；S35：随机将子代分为雌性和雄性，对空间中所有的蜉蝣个体...

【专利技术属性】
技术研发人员：李红志，朱林，徐奇奇，缪丽雯，李磊，
申请(专利权)人：苏州绿控传动科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：