双电枢无轴承磁通反向电机的多目标粒子群协作族群方法技术

本发明专利技术公开了一种双电枢无轴承磁通反向电机的多目标粒子群协作族群方法，该方法主要包括连续型双电枢无轴承磁通反向电机转矩和悬浮力数学模型，创新提出的多目标粒子群协作族群是由粒子演化及群组演化所组成，求解双电枢无轴承磁通反向电机负载转矩和悬浮力分配最佳化性能的问题

【技术实现步骤摘要】
双电枢无轴承磁通反向电机的多目标粒子群协作族群方法


[0001]本专利技术属于电力传动控制设备领域，尤其涉及一种双电枢无轴承磁通反向电机的多目标粒子群协作族群方法
。

技术介绍

[0002]双电枢无轴承磁通反向电机是集磁轴承技术与磁通反向电机技术于一体的新型电机，不仅具有磁轴承无机械摩擦
、
无需润滑
、
噪声小
、
使用寿命长等优良特性，还具有磁通反向电机高转矩
(
功率
)
密度
、
宽调速能力
、
高运行可靠性等特点，在航空航天
、
生命科学
、
半导体制造等领域具有广阔的应用前景
。
当双电枢无轴承磁通反向电机应用于工业控制时，其转矩和悬浮力的稳定性能要求即成了很重要的问题
。
相对于普通磁通反向电机，双电枢无轴承磁通反向电机的定子槽内不仅嵌有转矩绕组还有悬浮力绕组，这进一步表明双电枢无轴承磁通反向电机的多物理场模型存在强耦合性，因此对其优化设计时除了考虑转矩性能还需要考虑悬浮力性能
。
这就为设计带来了较大的难度，几乎很少看到学者们探讨其转矩和悬浮性能的同时优化问题
。
因此，如何优化双电枢无轴承磁通反向电机的转矩和悬浮性能成为亟待解决的问题
。

技术实现思路

[0003]专利技术目的：针对现有技术的不足，为了提升双电枢无轴承磁通反向电机的转矩性能和悬浮性能
。<br/>本专利技术提供一种双电枢无轴承磁通反向电机的多目标粒子群协作族群方法，采用多目标粒子群协作族群方法代替传统粒子群算法，其精度更高，提高了优化设计效率，计算性能更好，对于双电枢无轴承磁通反向电机这样非线性特性比较突出的控制对象，可以显著看出粒子群协作演化方法的优势
。
该方法能够有效实现对双电枢无轴承磁通反向电机的转矩和悬浮性能的改进，并对其多物理场模型精度要求有所降低，节省优化设计所需的时间，提高优化设计的效率
。
[0004]技术方案：本专利技术的一种双电枢无轴承磁通反向电机的多目标粒子群协作族群方法，包括以下步骤：
[0005]步骤
1、
对双电枢无轴承磁通反向电机的多目标粒子群协作族群方法中
x、y
轴方向上的径向悬浮力分量
Fx、Fy
以及电磁转矩
T
em
进行定义；
[0006]步骤
2、
对第
i
个粒子的转矩和悬浮力信息进行演化；
[0007]步骤
3、
基于惯性权重
ω
对粒子群算法进行改进；
[0008]步骤
4、
对多目标粒子群协作族群进行群组间演化，针对群组内的双电枢无轴承磁通反向电机的转矩值和悬浮值状态进行演化，演化产生一个随机值并给定转矩值和悬浮值两个门阀值，通过对随机值与门阀值进行比对，完成双电枢无轴承磁通反向电机的转矩值和悬浮值优化设计方法
。
[0009]进一步的，步骤1具体为：双电枢无轴承磁通反向电机的多目标粒子群协作族群方法中
x、y
轴方向上的径向悬浮力分量
Fx、Fy
分别为：
[0010][0011]其中，
B
srk
(
θ
，
t)
为气隙磁通密度，
l
为电机轴长，
r
电机转子半径，
sin
θ
和
cos
θ
分别是正弦和余弦函数，
μ0为磁导率，
θ
为转子角度；
[0012]双电枢无轴承磁通反向电机的电磁转矩
T
em
为：
[0013]T
em
＝
T
ts
+T
tr
+T
sr
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0014]式中，
T
ts
表示定子绕组产生的永磁转矩与磁阻转矩之和，
T
tr
表示转子绕组产生的永磁转矩与磁阻转矩之和，
T
sr
为定转子电枢反应磁场相互作用产生的转矩
。
[0015]进一步的，步骤2具体为：
[0016]对第
i
个粒子的转矩和悬浮力信息进行演化如公式
(3
‑
4)
所示：
[0017]v
i,k+1
＝
v
i,k
+c1r1(P
i
，
k
‑
X
i,k
)+c2r2(G
‑
X
i,k
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0018]X
i,k+1
＝
X
i,k
+v
i,k+1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0019]其中
v
i,k+1
表示迭代次数为
k+1
时粒子
i
的上一个迭代转移的速度，
v
i,k
是代表粒子
i
的
j
维速度分量；
k
代表演化的迭代次数；
ω
代表惯性权重，
c1及
c2分别代表迭代的种群经验学习因子常数，
r1及
r2为介于0到1的均匀分布的随机数；
X
i,k
代表粒子
i
在
k
演化下一次的位置；
X
i,k
代表粒子
i
在
k+1
演化下一次的位置；
P
i,k
代表粒子
i
最近的最优分量；而
G
代表到当前最近的协作最佳解
。
[0020]进一步的，步骤3具体为：
[0021]对传统粒子群算法进行改进，对式
(3)
中的惯性权重
ω
更新公式进行了修改：
[0022][0023]其中
ω
max
为惯性权重初始值；
ω
min
为最小迭代的惯性权重；
G
max
为最大迭代次数；
[0024]v
i,k+1
＝
Wv
i,k
+c1r1(Pb
i,k
‑
X
i,k
)+c2r2(T
i
，
k
‑
X
i,k...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种双电枢无轴承磁通反向电机的多目标粒子群协作族群方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤
1、
对双电枢无轴承磁通反向电机的多目标粒子群协作族群方法中
x、y
轴方向上的径向悬浮力分量
Fx、Fy
以及电磁转矩
T
em
进行定义；步骤
2、
对第
i
个粒子的转矩和悬浮力信息进行演化；步骤
3、
基于惯性权重
ω
对粒子群算法进行改进；步骤
4、
对多目标粒子群协作族群进行群组间演化，针对群组内的双电枢无轴承磁通反向电机的转矩值和悬浮值状态进行演化，演化产生一个随机值并给定转矩值和悬浮值两个门阀值，通过对随机值与门阀值进行比对，完成双电枢无轴承磁通反向电机的转矩值和悬浮值优化设计方法
。2.
根据权利要求1所述的一种双电枢无轴承磁通反向电机的多目标粒子群协作族群方法，其特征在于，步骤1具体为：双电枢无轴承磁通反向电机的多目标粒子群协作族群方法中
x、y
轴方向上的径向悬浮力分量
Fx、Fy
分别为：其中，
B
srk
(
θ
，
t)
为气隙磁通密度，
l
为电机轴长，
r
电机转子半径，
sin
θ
和
cos
θ
分别是正弦和余弦函数，
μ0为磁导率，
θ
为转子角度；双电枢无轴承磁通反向电机的电磁转矩
T
em
为：
T
em
＝
T
ts
+T
tr
+T
sr
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
式中，
T
ts
表示定子绕组产生的永磁转矩与磁阻转矩之和，
T
tr
表示转子绕组产生的永磁转矩与磁阻转矩之和，
T
sr
为定转子电枢反应磁场相互作用产生的转矩
。3.
根据权利要求1所述的一种双电枢无轴承磁通反向电机的多目标粒子群协作族群方法，其特征在于，步骤2具体为：对第
i
个粒子的转矩和悬浮力信息进行演化如公式
(3
‑
4)
所示：
v
i,k+1
＝
v
i,k
+c1r1(P
i
，
k
‑
x
i,k
)+c2r2(G
‑
x
i,k
)
ꢀꢀꢀꢀ
(3)x
i,k+1
＝
x
i,k
+v
i,k+1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
其中
v
i,k+1
表示迭代次数为
k+1
时粒子
i
的上一个迭代转移的速度，
v
i,k
是代表粒子
i
的

【专利技术属性】
技术研发人员：杨益飞，王仁忠，杜洁，刘杰，
申请(专利权)人：苏州市职业大学苏州开放大学，
类型：发明
国别省市：