[发明专利]一种基于参数敏感域的永磁电机分层稳健优化设计方法

权利要求书

1.一种基于参数敏感域的永磁电机分层稳健优化设计方法，其特征在于，包括：

S1，根据永磁电机应用场合和技术要求确定电机待优化性能；

S2，根据电机设计需求与设计指标，对电机选型，并确定电机基本结构和待优化参数；

S3，构建永磁电机所对应的优化模型，数学模型如下：

其中，f_i(X)为优化目标即电机待优化性能，包括但不限于平均输出转矩，转矩脉动，效率，最大机械强度，m为优化目标个数；g_j(X)为约束条件，包括性能约束和一般约束，l为约束个数；X为设计变量即电机待优化参数，包括但不限于冲片尺寸，永磁体尺寸，绕组参数等，X_l为设计变量下限，X_u为设计变量上限，n为待优化参数个数；

S4，对优化模型中设计变量进行扰动分析，判断各设计变量发生不确定性扰动时，电机性能的受影响程度；并根据设计变量抗扰性强弱，将电机待优化参数分为低抗扰参数和高抗扰参数两类；

S5，基于参数敏感域对低抗扰变量进行稳健优化设计；

首先，构建稳健优化子模型，数学模型如下：

其中，设计变量为电机低抗扰参数，k为低抗扰参数个数，高抗扰参数固定为初始值；R(X)为额外增加的参数敏感域稳健指标；

随后，基于代理模型与进化算法对稳健优化子模型求解，在所获得的非支配解集中，选择三组设计方案作为候选点；

S6，对三组候选方案中的高抗扰变量分别进行确定优化设计；

首先，构建确定优化子模型，数学模型如下：

其中，设计变量为电机高抗扰参数，低抗扰参数为步骤S5中所获得的优化值；优化目标为与高抗扰参数关联较紧密的p个电机性能目标；

随后，基于代理模型与进化算法对确定优化子模型进行求解，在获得的三组非支配解集中，选择最优设计点作为电机最终的设计方案。

2.根据权利要求1所述的一种基于参数敏感域的永磁电机分层稳健优化设计方法，其特征在于，所述步骤S4中设计变量抗扰动分析是指通过方差分析(Analysis of Variance，简称ANOVA)，判断某参数发生不确定性扰动时，电机性能的变化情况，并根据参数抗扰性的强弱，对设计参数进行分类，将对电机性能影响较显著的参数定义为低抗扰参数，将影响较微弱的参数定义为高抗扰参数。

3.根据权利要求2所述的一种基于参数敏感域的永磁电机分层稳健优化设计方法，其特征在于，所述S4的具体的过程如下：

S4.1在参数设计范围内进行拉丁超立方抽样(Latin hypercube sampling，简称LHS)，选择有限个样本点，并利用有限元获得所有样本点的电机性能；

S4.2基于S4.1所获得的样本点，利用移动最小二乘法(Moving least squares，简称MLS)构建近似模型，MLS近似模型如下：

其中，P(x)是基多项式：

W(x)为每个样本对应的权重系数对角矩阵，其利用距离方程表征每个样本的权重，可采用但不限于高斯距离权重方程：

此外，MLS近似模型的近似质量可通过如下计算公式获得：

其中，是样本点近似模型计算值，y(x)是样本点有限元仿真值，μ_y是样本点均值；

S4.3依次剔除所有样本点某一个参数x_i，并再次利用MLS构建近似模型，通过对比步骤S4.2中全参数近似模型质量和少参数近似模型质量获得参数对近似模型影程度，并将相应差值作为该参数的扰动系数：

该数值越大，表征该参数发生不确定扰动对电机性能影响程度越高；该数值越小，表征该参数发生不确定扰动对电机性能影响程度越低；

S4.4根据各参数的扰动系数，对参数进行分类:将扰动系数高于5％的参数定义为低抗扰参数；将扰动系数低于5％的参数定义为高抗扰参数。