一种基于正交分析的粒子群多目标电机优化方法及系统技术方案

本申请公开了一种基于正交分析的粒子群多目标电机优化方法及系统，本方法包括：预设电机的优化目标，构建所述电机的优化目标函数,对所述预设的电机的性能指标进行敏感性分析，得出电机的主要影响因子；基于所述电机的主要影响因子，进行正交试验，并利用综合评分法构建多目标优化的数学函数；基于所述多目标优化的数学函数，对正交试验结果进行极差分析，确定所述电机的优化目标的最优值所在区间；基于所述电机的优化目标的最优值所在区间，运用粒子群算法得出多目标优化的最优解，实现多目标电机优化。本申请利用正交实验的均衡分散性有效减少试验次数，得到最优组合并利用粒子群算法小范围寻优，得到较好的优化结果,同时提高优化效率。果,同时提高优化效率。果,同时提高优化效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于正交分析的粒子群多目标电机优化方法及系统


[0001]本专利技术涉及一种多目标优化方法，具体涉及一种基于正交分析的粒子群多目标电机优化方法及系统。

技术介绍

[0002]电机是实现机电能量转换的电磁装置。随着磁场调制现象的发现,各类磁场调制电机接踵而至,其中游标电机以其结构和制造工艺简单，且相比于传统永磁电机，其转矩密度有大幅度的提高得到了国内外电机领域广泛专注。目前电机优化设计是在符合国家标准并满足客户要求基础上，根据电机的特定约束条件对其结构参数的进一步优化，使电机效率、输出功率、推力等性能指标达到最优。该问题是复杂的非线性规划问题，近年来，随着计算机技术的飞速发展，现代数学的寻优理论逐步被用于电机优化设计，随之产生了很多针对电机优化设计的优化算法，这些算法可以帮助设计人员快速找到目标函数的最优解，为电机优化设计开辟了新天地。
[0003]近年来，诸如基于单参扫描法、响应面法、遗传算法和模拟退火算法等多种电机优化分析方法被应用到电机优化中，但是所针对的优化目标往往比较单一。由于电机优化设计时，需要考虑的参数并不唯一，各参数之间又存在相互耦合，针对单个参数得到的寻优结果并不能反映整体最优，需要综合考虑电机的性能指标、经济性等要求。由此，电机的多目标寻优成为了电机优化的必然趋势，现有的多目标电机优化方法大多存在收敛速度慢、优化时间长、优化效率低下等缺陷，无法满足高效的电机优化需求。

技术实现思路

[0004]本申请提出了一种基于正交分析的粒子群多目标电机优化方法及系统，通过对电机各个参数进行敏感性分析，得到各个参数对电机指标的影响，然后通过正交优化以较少的试验次数快速得到优化结果，并在其附近利用粒子群算法小范围寻优，本申请可适用于大部分电机优化，应用面较为广泛。
[0005]为实现上述目的，本申请提供了如下方案：
[0006]一种基于正交分析的粒子群多目标电机优化方法，包括以下步骤：
[0007]预设电机的优化目标，构建所述电机的优化目标函数,对所述预设的电机的性能指标进行敏感性分析，得出电机的主要影响因子；
[0008]基于所述电机的主要影响因子，进行正交试验，并利用综合评分法构建多目标优化的数学函数；
[0009]基于所述多目标优化的数学函数，对正交试验结果进行极差分析，确定所述电机的优化目标的最优值所在区间；
[0010]基于所述电机的优化目标的最优值所在区间，运用粒子群算法得出多目标优化的最优解，实现多目标电机优化。
[0011]优选的，所述电机的主要影响因子包括：定子内径、定子槽宽和转子槽宽。
[0012]优选的，对所述电机的主要影响因子进行正交试验的方法包括：利用预设的水平相同的正交表，根据所述电机的主要影响因子的等级阈值范围和水平数，进行所述正交试验。
[0013]优选的，所述电机的主要影响因子的等级阈值范围包括：
[0014]所述定子内径取值范围：44.2≤X1≤45.8；
[0015]所述定子槽宽取值范围：16≤X2≤20；
[0016]所述转子槽宽取值范围：22≤X3≤26。
[0017]优选的，所述电机的优化目标包括：最大电磁转矩和最小转矩脉动。
[0018]优选的，所述多目标优化的数学函数为：
[0019][0020]式中：y
i*
表示第i号试验的综合评分；α
k
为转化系数，即将第k项指标转化为综合评分的系数,若ω
k
表示第k项试验指标的权值，当α
k
＝c
k
ω
k
时，称为直接加权法，其中c
k
为第k项指标的缩减(扩大)系数。
[0021]优选的，所述电机的优化目标函数为：
[0022]式中，T
p
可表示为式中，T
max
、T
min
分别为在稳定周期内，转矩幅值的最大、最小值。
[0023]本申请还公开了一种基于正交分析的粒子群多目标电机优化系统，包括敏感性分析单元、正交试验单元、极差分析单元和粒子群运算单元；
[0024]所述敏感性分析单元用于预设电机的优化目标，构建所述电机的优化目标函数,对所述预设的电机的性能指标进行敏感性分析，得出电机的主要影响因子；
[0025]所述正交试验单元基于所述电机的主要影响因子，进行正交试验，并利用综合评分法构建多目标优化的数学函数；
[0026]所述极差分析单元基于所述多目标优化的数学函数，对正交试验结果进行极差分析，确定所述电机的优化目标的最优值所在区间；
[0027]所述粒子群算法单元基于所述电机的优化目标的最优值所在区间，运用粒子群算法得出多目标优化的最优解，实现多目标电机优化。
[0028]本申请的有益效果为：
[0029]本申请公开了一种基于正交分析的粒子群多目标电机优化方法及系统，通过对电机各个参数进行敏感性分析，得到各个参数对电机指标的影响较大的参数，然后通过正交优化以较少的试验次数快速得到优化结果。本专利技术利用正交实验的均衡分散性可以有效减少试验次数，得到最优组合并在其附近利用粒子群算法小范围寻优，这样可以在减少试验次数的同时得到较好的优化结果。由于本优化方法是对实验结果进行数据分析，故可适用于大部分电机优化，应用面较为广泛。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术
人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0031]图1为本申请实施例一的一种基于正交分析的粒子群多目标电机优化方法流程示意图；
[0032]图2为本申请实施例一的敏感性分析柱状示意图；
[0033]图3为本申请实施例一的优化帕累托前沿示意图；
[0034]图4为本申请实施例一的优化前后转矩变化对比示意图；
[0035]图5为本申请实施例二的一种基于正交分析的粒子群多目标电机优化系统结构示意图；
具体实施方式
[0036]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0037]为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。
[0038]实施例一
[0039]如图1所示，为本申请实施例一的一种基于正交分析的粒子群多目标电机优化方法流程示意图，包括以下步骤：
[0040]S1：预设电机的优化目标，构建电机的优化目标函数,对预设的电机的性能指标进行敏感性分析，得出电机的主要影响本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于正交分析的粒子群多目标电机优化方法，其特征在于，包括以下步骤：预设电机的优化目标，构建所述电机的优化目标函数,对所述预设的电机的性能指标进行敏感性分析，得出电机的主要影响因子；基于所述电机的主要影响因子，进行正交试验，并利用综合评分法构建多目标优化的数学函数；基于所述多目标优化的数学函数，对正交试验结果进行极差分析，确定所述电机的优化目标的最优值所在区间；基于所述电机的优化目标的最优值所在区间，运用粒子群算法得出多目标优化的最优解，实现多目标电机优化。2.根据权利要求1所述的基于正交分析的粒子群多目标电机优化方法，其特征在于，所述电机的主要影响因子包括：定子内径、定子槽宽和转子槽宽。3.根据权利要求2所述的基于正交分析的粒子群多目标电机优化方法，其特征在于，对所述电机的主要影响因子进行正交试验的方法包括：利用预设的水平相同的正交表，根据所述电机的主要影响因子的等级阈值范围和水平数，进行所述正交试验。4.根据权利要求3所述的基于正交分析的粒子群多目标电机优化方法，其特征在于，所述电机的主要影响因子的等级阈值范围包括：所述定子内径取值范围：44.2≤X1≤45.8；所述定子槽宽取值范围：16≤X2≤20；所述转子槽宽取值范围：22≤X3≤26。5.根据权利要求1所述的基于正交分析的粒子群多目标电机优化方法，其特征在于，所述电机的优化目标包括：最大电磁转矩和最小转矩脉动。6.根据权利要求1所述的基于正交分析的粒子群多目标电机优化方法，其特征在于，所述多目标优化的数学函数为：式中：y
i*
表示第i...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨巧玲，郭生辉，宋柏良，张克春，张晓雨，杨振斌，胡方彬，任彦浩，边惠，苏斌华，张琦，张博砚，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：