[发明专利]一种永磁耦合器涡流损耗功率快速寻优方法

说明书

本发明一种永磁耦合器涡流损耗功率快速寻优方法属于永磁涡流传动技术领域，涉及一种基于响应面法的永磁耦合器涡流损耗快速寻优方法。该方法首先基于实验数据设计永磁耦合器气隙、转差与涡流损耗和输出扭矩之间中心复合实验，利用响应面法获得永磁耦合器气隙、转差与涡流损耗之间的二阶响应面回归模型。利用熵权法生成权重系数构建综合评价函数将多目标优化问题转为单目标优化。最后利用改进的粒子群优化算法，对建立的优化问题模型进行局部寻优得到最优的永磁耦合器气隙和转差数值，并通过构建的响应面模型得到永磁耦合器涡流损耗功率的最优值。该方法具有流程简单，计算方便，精度和可靠性较高，节省时间，提高了计算速度。

技术领域

本发明属于永磁涡流传动技术领域，涉及一种基于响应面法的永磁耦合器涡流损耗快速寻优方法。

背景技术

随着电力、石油等能源行业的高速发展，高速重载设备对其调速装置性能提出了更高的要求。永磁涡流传动技术采用非接触传动，具有软启动、软停车、过载保护、节能降耗、适应性强等特点，可以有效节约成本，降低能源消耗和环境污染，因此在煤矿、石油等领域有广泛应用。近年来，永磁传动技术一直受到许多学者的广泛关注，在永磁耦合器的传动过程中，导体盘切割磁力线时会产生涡流，从而发生涡流损耗现象,涡流损耗现象呈现随转差的增大而增大，随气隙的增大而减小的特点。在高速重载及恶劣工况的条件下，负载与转速的提高会使涡流损耗增高，导致装置面临高温失效、可靠性变差等问题。所以快速准确地求出永磁耦合器特定气隙和转差范围下的最小的涡流损耗功率对提高永磁耦合器寿命具有重要意义。

针对永磁耦合器传动过程中涡流损耗的计算，中国矿业大学的时剑文等人在论文《矿用永磁耦合器传动特性研究》建立了等效磁路模型，并通过电磁感应定律得到永磁耦合器转矩与转差的关系方程式，得到了永磁耦合器最大传递转矩及最大可调转速的解析表达式，但由于感应涡流分布不规则，所以解析模型存在一定误差，并且该方法对永磁耦合器的永磁体材料和形状要求较高，不能适用于多种多类型永磁耦合器，同时没有给出对于在综合考虑不同转差和气隙情况下的涡流损耗数学关系式，只通过实验数据对不同气隙和不同转差下的永磁耦合器涡流损耗进行宏观上的图像分析，所以具有一定局限性。

发明内容

为了解决现有技术计算复杂，对永磁耦合器结构要求高，计算精度较低等问题，发明了一种永磁耦合器涡流损耗准确快速寻优方法。该方法克服了现有方法缺陷，简化计算过程。本方法通过采用中心复合试验设计方法选取实验数据，再利用响应面法进行数据处理，最终获得永磁耦合器气隙、转差与涡流损耗和输出扭矩之间的二阶响应面回归模型。再利用熵权法生成权重系数构建综合评价函数将多目标优化问题转为单目标优化问题，最后利用改进的粒子群优化算法通过MATLAB软件对建立永磁耦合器的涡流损耗功率优化数学模型进行寻优求解，并得到一组最优的气隙和转差优化结果，通过构建的响应面模型得到涡流损耗局部最优值。

本发明采用的技术方案是一种永磁耦合器涡流损耗功率快速寻优方法，本方法采用响应面法通过中心复合实验设计获得永磁耦合器气隙、转差与涡流损耗和输出扭矩之间的二阶响应面回归模型，再利用熵权法生成权重系数，构建综合评价函数将多目标优化问题转为单目标优化问题。最后，利用改进的粒子群优化算法对建立永磁耦合器的涡流损耗功率优化数学模型进行局部寻优，并得到一组最优的气隙和转差优化结果，通过构建的响应面模型得到涡流损耗局部最优值。方法具体步骤如下：

第一步跟据永磁耦合器的传动特性设计中心复合实验；

基于永磁耦合器的传动特性和实验数据，设计中心复合实验。由于随着转差增加，涡流损耗变化呈现指数增长，且过大涡流损耗会使导体盘高温失效从而降低传动效率；因此，选取转差数值不大于60rpm进行中心复合实验，保证数学模型的准确性和实用性；通过设计中心复合实验获得不同设计变量x_i的响应值；

第二步建立响应面二阶回归模型

通过上述的中心复合实验，建立二阶响应面回归模型即：