[发明专利]一种永磁电机多目标优化设计方法和系统

说明书

本发明公开了一种永磁电机多目标优化设计方法和系统，属于永磁电机领域。本发明在给定优化参数个数和各参数水平个数的情况下，采用田口实验法，能够大幅降低需要进行仿真(实验)的次数，也即无需采用“一个方案一次仿真”的分析模式，有效缩短了电机优化过程需要耗费的时长；在此基础上，采用RBF网络建立电机结构参数与其性能指标的非线性关系，把离散的求解域转换为连续的求解域，可以保证后续优化的准确度。本发明运用模糊最优最劣方法获取了各性能指标的权重系数，使将多目标问题转化单目标问题进行分析优化变得更为合理。

技术领域

本发明属于永磁电机领域，更具体地，涉及一种永磁电机多目标优化设计方法和系统。

背景技术

伴随着永磁材料的改进，电力电子、控制技术的快速发展，永磁电机已广泛应用于电力推进、伺服系统、风力发电等领域，展现了自身功率因素高、效率高、功率密度高等特点。由于永磁电机的应用场合越来越多，使得其电机结构也越来越复杂，对其性能指标的要求也越来越高。如何在电机本体设计过程中能准确且快速的优化得到符合对应性能指标要求的最优设计，是电机设计者们一直为之努力的方向。

电机优化设计的重要组成部分之一是电机本体结构参数的优化，诸如电机定、转子内外径、槽型尺寸、极槽配合、永磁体形状与排布形式等。此优化设计过程对应典型的多目标优化问题，电机内部电磁场的强非线性给建模分析带来了很大的困难。通常，电机设计者依赖商用有限元软件来进行电机的优化设计，在良好剖分的前提下，有限元分析能够获得足够的精度。然而，进行有限元分析耗时长，特别是在进行多种结构参数配合的方案分析时，若采用“一个方案一次仿真”的分析模式，电机的优化过程将耗费极长的时间。同时，以上过程通常是在离散的搜索空间内进行，无法在连续的搜索空间内寻找出最满足设计要求的结构参数配合。

为实现在连续的搜索空间内进行电机的结构参数优化，商用有限元软件通常包含了一些启发式算法插件来辅助寻优，例如Maxwell的遗传算法插件和ANSYS Workbench的optislang模块。这些优化器并没有摆脱“一个方案一次仿真”的模式，算法运行过程中对评价函数的多次计算非常耗时，优化周期过长。更重要的是，优化器通常采用将多目标优化问题加权转化为单目标优化问题的方法来设置评价函数，但是加权过程各优化目标的权重选择无据可依，无法可循。

综上，需要提出一种能大幅缩短优化周期，且能解决多目标优化过程中权重设置问题的永磁电机多目标优化设计方法。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种永磁电机多目标优化设计方法和系统，其目的在于提供一种能大幅缩短优化周期，且能解决多目标优化过程中权重设置问题的永磁电机多目标优化设计方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种永磁电机多目标优化设计方法，包括：

S1.完成电机初步设计，确定其待优化的目标性能、参与优化过程的电机结构参数及其变化范围与水平数；

S2.利用田口法结合有限元仿真获取不同参数配合下的各目标性能，并根据各目标性能的优化需求，计算各目标性能对应的信噪比；

S3.将各组参数作为输入数据，将对应的目标性能的信噪比作为输出数据，采用RBF神经网络对输入数据和输出数据的非线性关系进行建模；

S4.利用构建得到的模型预测电机在初始设计方案下与其它参数配合对应的目标性能的信噪比；

S5.根据预测得到的信噪比，计算对应参数配合方案下各个目标性能的质量损失百分比；所述质量损失百分比表征不同结构参数配合方案相比于初始设计方案的改进；

S6.利用模糊最优最劣方法计算各目标性能的权重系数；

S7.在不同参数配合下，根据各个目标性能的权重系数和质量损失百分比构建合成指标；