[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

说明书

本发明公开了一种基于参数敏感域的永磁电机分层稳健优化设计方法，包括以下步骤：根据永磁电机应用场合和技术要求，建立电机数学优化模型；对优化模型中设计参数进行抗扰动分析，并根据分析结果对参数进行分类；其中，对于低抗扰参数，引入参数敏感域的概念来量化设计稳健性，并结合多目标优化算法对该类参数进行稳健优化设计；对于高抗扰参数，采用多目标优化方法进行确定优化设计；最后，对电机设计方案进行仿真评估，并加工样机进行相关测试。该方法可以在永磁电机设计阶段考虑到后期加工中存在的参数偏差对电机性能的影响，在优化电机性能的同时，提升电机设计方案的稳健性，从而保证电机加工样机性能与仿真设计保持一致。

技术领域

本发明涉及一种永磁电机稳健优化设计方法，尤其是一种基于参数敏感域的永磁电机分层稳健优化设计方法，属于永磁电机技术领域。

背景技术

在电机技术领域，永磁电机由于其高功率密度，高效率等优点在得到了广泛的应用。目前的永磁电机开发周期主要包括设计、试验样机制造、性能校核、量产等几个环节。但在电机实际设计与加工过程中，往往由于加工公差、装配偏差、材料差异性等众多的不确定性因素，导致样机和设计的某些参数存在偏差，从而使电机性能无法满足设计需求，进而需要多次调整设计参数进行二次设计，延长了电机设计生产周期。因此，如何克服加工过程中的不确定因素干扰，保证电机样机性能满足设计指标，减少二次设计次数成为永磁电机研究领域一个关键技术问题。

近年来，一种永磁电机稳健优化设计方法逐渐受到了该领域研究人员的关注，该方法通过设计手段，降低后期制造过程中不确定性因素对电机性能的影响，从而提升电机设计方案的稳健性。目前现有的电机稳健技术手段主要包括六西格玛设计法和最差情况设计方法。其中，六西格玛设计法是一种统计学的优化方法，该方法将设计参数假设成为随机数集，相应的电机性能的统计数据作为优化目标；最差情况法是一种区间优化方法，该方法将某个参数变化区间内具备最差性能的电机设计方案作为优化目标，通过使其满足设计需求从而提升整个区间电机设计的稳健性。然而，上述技术手段的有效性和准确性通常严重依赖于给定的参数不确定性信息，如参数的概率分布信息或参数的波动。在电机早期设计阶段，特别是对于某些新型结构电机，设计者很难获得这些后期加工的不确定性信息；另外，随着电机设计参数增多，上述技术手段的计算成本会显著提升，存在仿真周期长、收敛速度慢甚至无法获得最优结果等问题。因此，上述手段在电机实际生产制造中存在一定的局限性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于参数敏感域的永磁电机分层稳健优化设计方法，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于参数敏感域的永磁电机分层稳健优化设计方法，包括以下步骤：

A.根据永磁电机应用场合和技术要求确定电机待优化性能。

B.根据电机设计需求与设计指标，对电机实现选型，并确定电机基本结构和待优化参数。

C.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。

D.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。

E.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：