[发明专利]一种永磁电机多目标优化的参数化等效磁网络建模方法

说明书

本发明公开了一种永磁电机多目标优化的参数化等效磁网络建模方法，是首次针对表贴式永磁电机进行适用于多目标优化的参数化等效磁网络建模，为该类型永磁电机建模及优化提供参考研究。首先划分电机内磁力线无序区域与规律区域，构建无序区域的动态网格模型，构建有序区域的磁路模型；再连接动态网格模型与磁路模型，建立电机的参数化等效磁网络模型，联立非线性矩阵求解方程，求解各节点磁位，获得电机的转矩特性；然后利用参数化等效磁网络模型对平均转矩和转矩脉动进行变量灵敏度分析，选择高灵敏度变量，分别建立平均转矩和转矩脉动的响应面模型，将响应面模型代入多目标优化算法，获得帕累托前沿，确定最优参数组合。

技术领域

本发明涉及一种永磁电机多目标优化的参数化等效磁网络建模方法，属于电磁场计算领域。

背景技术

表贴式永磁电机具有优良的动态性能，十分适用于伺服系统中DC/AC电机。其性能优劣的关键在于优化手段。传统的单目标优化一次针对一个变量优化，该方法操作简单，具有一定的效果，但无法避免多个参数间的影响冲突。多目标优化的方法常用来改善参数间的相互作用，其是由Pareto最优性集即最优解集来求解的。多目标优化可以平衡所选参数变量，同时优化各种性能参数，避免多个因素间的影响。然而，由于采用了有限元分析(Finite Element Analysis，FEA)，多目标优化存在时间消耗大、操作繁琐等缺点。因此，提出了响应面法，通过应用代理模型来减少过多的有限元分析。尽管如此，由于采样点的多维性，全局优化仍然存在仿真耗时过大的缺点。

等效磁网络(Equivalent Magnetic Network，EMN)模型作为有限元分析的替代方法，具有分析速度快、计算成本低等优点。通过考虑空间谐波含量的影响，基于网格法的EMN模型精度可以与有限元分析相媲美。然而在电机结构优化方面，EMN模型尚未得到创新性的应用。通过对表贴式永磁电机进行参数化等效磁网络建模，不需要依靠重复建模操作，其计算原理简单，精度高，且仿真耗时短带来较高的设计效率，即可在多变量下迅速求解出电机转矩等电磁参数，利用多目标优化算法，实现表贴式永磁电机的高效率性能优化设计。

发明内容

本发明的目的在于提供一种永磁电机多目标优化的参数化等效磁网络建模方法，主要包括电机内无序磁力线区域动态网格磁导剖分、规律磁力线区域的磁路磁导等效以及磁网络矩阵等式的建立求解。利用参数化等效磁网络模型，完成多个结构变量的灵敏度分析和建立响应面模型，利用多目标优化算法确定最优参数组合，实现永磁电机的快速多目标优化。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种表贴式永磁电机多目标优化的参数化等效磁网络建模方法，包括以下步骤：

步骤1，划分电机内磁力线无序与规律区域；

步骤2，构建电机中磁力线无序区域的动态网格模型；

步骤3，构建电机中磁力线规律区域的磁路模型；

步骤4，连接动态网格模型与磁路模型，建立电机的参数化等效磁网络模型；

步骤5，联立非线性矩阵求解方程，求解各节点磁位，进一步获得电机的转矩特性；

步骤6，选择优化变量并确定优化目标，使用参数化等效磁网络模型完成参数灵敏度分析；

步骤7，选择高灵敏度变量，分别建立平均转矩和转矩脉动的响应面模型；

步骤8，将响应面模型代入多目标优化算法，获得帕累托前沿，确定最优参数组合。