[发明专利]基于自适应果蝇算法的开关磁阻电机结构参数优化方法

摘要

本发明公开一种基于自适应果蝇算法的开关磁阻电机结构参数优化方法。该方法以开关磁阻电机定子极弧和转子极弧两结构参数为优化对象，以电机效率和转矩脉动系数为优化目标，通过实现效率和转矩脉动系数的协同最优，从而获得最优的电机结构参数。该方法的优点是：采用双种群果蝇算法寻优，可有效增强其搜索能力，提高了优化效率；赋予果蝇个体在限定范围内的随机角度寻优，解决了传统果蝇算法寻优时易跳出定转子极弧限定边界的问题，加快了收敛速度；果蝇个体采用递减圆寻优方式，可有效避免其陷入局部最优解。总之，本发明具有寻优速度快、运行效率高、不易陷入局部最优解等特点。

主权项

1.一种基于自适应果蝇算法的开关磁阻电机结构参数优化方法，其特征在于：方法包括的步骤如下：(1)初始化参数；(2)在保证开关磁阻电机具有正反向自起动能力的定转子极弧限制边界三角图上，选取A、B两点作为果蝇种群A和B的初始位置；(3)根据步骤(2)中果蝇种群A和B的初始位置，赋予果蝇个体a和b在限定范围内的随机飞行角度；(4)根据步骤(3)中果蝇个体a和b的飞行角度，求出两只果蝇个体飞行路径的交点，并设该点为果蝇个体c；(5)根据步骤(4)中果蝇个体c的位置，先计算果蝇个体c的味道浓度判定值，再计算该果蝇个体的味道浓度；(6)找出并保留最佳味道浓度Smellbest，且保留此时果蝇个体c的位置；(7)进入迭代寻优，重复步骤(2)‑(6)，并判断果蝇个体c的味道浓度值是否优于最佳味道浓度Smellbest，若优于则更新果蝇最佳味道浓度Smellbest和果蝇个体c的位置，否则保留上一次的最佳味道浓度值Smellbest和果蝇个体c的位置；(8)根据步骤(7)中果蝇个体c的位置，求出果蝇个体c到限制边界三角图每边的距离并找出其极小值r；(9)根据步骤(8)中果蝇个体c的位置和到限制边界距离的极小值，以果蝇个体c的位置为圆心，以为半径，作递减圆寻优，此时果蝇个体d在每一次的递减圆内随机寻优并记录果蝇个体d的位置；式中：i为迭代次数，k为限制因子；(10)根据步骤(9)果蝇个体d的位置，先计算该果蝇个体味道浓度判定值，再计算该果蝇个体的味道浓度；(11)找出并保留递减圆内的最佳味道浓度Smellbest'，且保留此时果蝇个体d的位置；(12)判断递减圆内最佳味道浓度Smellbest'是否优于最佳味道浓度Smellbest，若优于则更新果蝇最佳味道浓度Smellbest和果蝇个体c的位置，否则保留上一次的最佳味道浓度值和果蝇个体c的位置；(13)判断当前迭代次数是否等于最大迭代次数Maxgen或已经达到目标精度；若是，则算法结束，保留最佳味道浓度值Smellbest和果蝇个体c的位置；否则返回步骤(7)；本方法还包括：计算开关磁阻电机的初始结构参数；选取定子极弧βs和转子极弧βr为待优化的结构参数；根据电机初始结构参数建立电机的有限元模型，仿真得到电机的效率η；之后再通过改变开关磁阻电机的转子位置角，仿真得到不同转子位置角对应的电机转矩，所得电机转矩与转子位置角的关系曲线，曲线最高点对应的为电机最大转矩Tmax，两相曲线交点对应的为电机最小转矩Tmin，由最大转矩Tmax和最小转矩Tmin即可得到开关磁阻电机的转矩脉动系数δ；电机定子极弧βs和转子极弧βr的取值需满足以下条件：选取不同的定转子极弧，算出相应的电机初始结构参数，再通过有限元仿真得到该定转子极弧对应的效率η和转矩脉动系数δ，根据果蝇算法的特点，对定子极弧βs和转子极弧βr作如下数据处理：式中：S为味道浓度判断值；由上式计算得到的S与其相应的电机效率η和转矩脉动系数δ，构建样本数据(S、η、δ)；运用ELM(极限学习机)训练该样本数据，得到待优化的开关磁阻电机模型；设η＝f1(S)，δ＝f2(S)；而对于效率η和转矩脉动系数δ这两个优化目标来说，效率η取极大值，转矩脉动系数δ取极小值，并针对两者构建一个目标函数，如下所示：式中：w1和w2分别为电机效率η和转矩脉动系数δ对应的权重系数；目标函数F(S)取极大值；以电机待优化结构参数定子极弧βs、转子极弧βr为优化对象，以效率η和转矩脉动系数δ为优化目标，运用自适应果蝇算法对其进行优化，得到开关磁阻电机的最优结构参数。