【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电动机定子铁心的模态分析，尤其是涉及一种基于代理模型的电动机定子铁心正交各向异性材料参数辨识方法。
技术介绍
1、电动机运行时的振动噪声问题给用户带来了诸多困扰，而径向电磁力波和结构模态是引起电动机振动噪声的两个重要因素。电磁力波主要作用在定子齿上，随后才经过定子轭部作用在壳体上。因此定子铁心的结构模态分析对于电动机振动噪声的分析和抑制具有重要意义。
2、有限元仿真是定子铁心模态分析的常用方式，但定子铁心的叠片结构使其具有正交各向异性的特点，因此准确的正交各向异性材料参数是模型建立的关键。
3、现有技术中，中国专利cn109543282a提出了一种基于模态分析的叠压铁心各向异性参数的测量方法。该方法对叠压铁心结构进行全面精确的模态测量后，再将叠压铁心结构等效为带有内齿形表面实体的有限元模型，通过人工修正优化有限元模型的灵敏参数组对材料参数进行辨识。
4、文献“轨道牵引电机铁心材料参数辨识[j].铁道科学与工程学报,2021.”与文献“考虑定子铁芯和绕组各向异性的爪极发电机模态分析[j].振动与冲击,2017.”中均使用了类似的方法对定子铁心的正交各向异性材料参数进行辨识。
5、但上述方法具有以下缺点：
6、1、该方法在辨识单个定子铁心的材料参数时，对有限元模型进行调参和灵敏度分析过程中均需要进行大量的有限元模态仿真，相对来说比较费时，计算量大且计算时间成本较高；
7、2、这种人工调参的方式具有一定的随机性和盲目性，因此参数辨识的准确性无法得到保
8、3、该方法不适用于处理不同结构的定子铁心的材料参数辨识问题，因为针对每一个定子铁心都需要进行若干次仿真分析、耗费大量时间，因此效率较低。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于代理模型的电动机定子铁心正交各向异性材料参数辨识方法，能够高效、准确地针对一定数量、任意结构的定子铁心进行材料参数辨识。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于代理模型的电动机定子铁心正交各向异性材料参数辨识方法，包括以下步骤：
3、s1、提取电动机定子铁心固有模态特征的有效特征参数，具体包括：有效结构参数和有效材料参数；
4、s2、使用提取的有效特征参数，建立定子铁心固有模态特征的结构——材料统一模型；
5、并以此构建得到定子铁心的参数化有限元模型；
6、s3、构建定子铁心的固有模态特征与结构参数和材料参数之间的代理模型；
7、s4、对一批设定数量的待测定子铁心进行模态试验，以提取出结构的振型及其对应的固有频率；
8、s5、将定子铁心结构的振型及其对应的固有频率作为目标变量，结合构建的代理模型，对各定子铁心的材料参数进行迭代寻优，迭代终止后得到这一批定子铁心的正交各向异性材料参数。
9、进一步地，所述步骤s1中定子铁心固有模态特征的有效结构参数和有效材料参数具体包括：ri,σ,λ,δ,τ,ex,ez,gxy,gxz，分别代表定子铁心的内半径、裂比(铁心内半径与外半径的比值)、长径比(铁心轴向长度与外直径的比值)、齿高比(齿高与铁心高度的比值)、齿槽比(齿宽与槽宽的比值)、定子铁心在x方向的弹性模量、定子铁心在z方向(轴向)的弹性模量、定子铁心在xy平面的剪切模量和定子铁心在xz平面的剪切模量。
10、进一步地，所述步骤s2中的结构——材料统一模型是一个用于表征定子铁心的固有模态特征与其结构参数和材料参数之间关系的概念模型：
11、f＝f(ri,σ,λ,δ,τ,ex,ez,gxy,gxz)
12、其中，f为定子铁心的固有模态特征，等式右边的各参数为与定子铁心的固有模态特征相关的特征参数。
13、进一步地，所述步骤s3具体包括以下步骤：
14、s31、制作训练代理模型所需要的数据集；
15、s32、将得到的数据集容量的90％选作训练集，使用卷积神经网络训练能够反映定子铁心的有效结构参数和有效材料参数与其固有模态特征之间非线性关系的代理模型，其中，代理模型的输入为：定子铁心的有效结构参数和有效材料参数，输出为：定子铁心的固有模态特征；
16、s33、将得到的数据集容量的10％选作验证集，对代理模型的准确度用误差函数进行验证。
17、进一步地，所述步骤s31具体包括以下步骤：
18、s311、将步骤s1中提取的有效特征参数作为自变量，采用拉丁超立方采样法进行数据集的实验设计；
19、s312、使用步骤s2中构建的定子铁心的参数化有限元模型，计算数据集中每一个样本的固有模态特征，具体包括6个低阶模态特征：二阶同向、二阶反向、三阶同向、三阶反向、四阶同向和四阶反向振型及其对应的固有频率；
20、s313、将每一个样本的有效特征参数和低阶模态特征组合起来得到完整的数据集。
21、进一步地，所述步骤s33中的误差函数具体为：
22、
23、其中，er为相对误差，fsm,i为代理模型预测的第i个振型对应的固有频率，ffem,i为有限元仿真得到的第i个振型对应的固有频率。
24、进一步地，所述步骤s4中提取出结构的振型及其对应的固有频率具体为：二阶同向、二阶反向、三阶同向、三阶反向、四阶同向和四阶反向的振型及其对应的固有频率。
25、进一步地，所述步骤s5具体包括以下步骤：
26、s51、使用训练好的代理模型替代传统方法中迭代寻优时所需的有限元模态分析，利用代理模型预测任意结构和任意材料参数的定子铁心的低阶固有模态特征；
27、s52、采用并行粒子群优化算法，通过构建适应度函数并施加约束条件，同步对若干定子铁心进行材料参数辨识，最终获得使适应度函数取值最小的材料参数，即为所需要的各定子铁心的正交各向异性材料参数。
28、进一步地，所述步骤s52中的适应度函数具体为：
29、
30、其中，erri表示第i个种群的适应度，n的取值为6，因为主要关注定子铁心的6个低阶模态特征，fsm,ij表示通过代理模型得到的第i个种群中个体的第j个振型对应的固有频率，ftest,ij表示通过模态试验得到的第i个定子铁心的第j个振型对应的固有频率。
31、进一步地，所述步骤s52中的约束条件具体为：
32、
33、其中，σm,λm,δm,τm分别表示每个定子铁心相应结构参数的实测值，而四个有效材料参数的取值范围是通过文献调研和设计经验确定的。
34、与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
35、本专利技术通过提取电动机定子铁心固有模态特征的有效特征参数(包括有效结构参数和有效材料参数)，以建立定子铁心固有模态特征的结构——材料统一模型、并以此构建得到定子铁心的参数化有限元模型；再进一步构本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于代理模型的电动机定子铁心正交各向异性材料参数辨识方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于代理模型的电动机定子铁心正交各向异性材料参数辨识方法，其特征在于，所述步骤S1中定子铁心固有模态特征的有效结构参数和有效材料参数具体包括：Ri,σ,λ,δ,τ,Ex,Ez,Gxy,Gxz，分别代表定子铁心的内半径，裂比、即铁心内半径与外半径的比值，长径比、即铁心轴向长度与外直径的比值，齿高比、即齿高与铁心高度的比值，齿槽比、即齿宽与槽宽的比值，定子铁心在x方向的弹性模量，定子铁心在z方向、即轴向的弹性模量，定子铁心在xy平面的剪切模量和定子铁心在xz平面的剪切模量。
3.根据权利要求2所述的一种基于代理模型的电动机定子铁心正交各向异性材料参数辨识方法，其特征在于，所述步骤S2中的结构——材料统一模型是一个用于表征定子铁心的固有模态特征与其结构参数和材料参数之间关系的概念模型：
4.根据权利要求2所述的一种基于代理模型的电动机定子铁心正交各向异性材料参数辨识方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括以下步骤：
5.
6.根据权利要求5所述的一种基于代理模型的电动机定子铁心正交各向异性材料参数辨识方法，其特征在于，所述步骤S33中的误差函数具体为：
7.根据权利要求1所述的一种基于代理模型的电动机定子铁心正交各向异性材料参数辨识方法，其特征在于，所述步骤S4中提取出结构的振型及其对应的固有频率具体为：二阶同向、二阶反向、三阶同向、三阶反向、四阶同向和四阶反向的振型及其对应的固有频率。
8.根据权利要求2所述的一种基于代理模型的电动机定子铁心正交各向异性材料参数辨识方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的一种基于代理模型的电动机定子铁心正交各向异性材料参数辨识方法，其特征在于，所述步骤S52中的适应度函数具体为：
10.根据权利要求9所述的一种基于代理模型的电动机定子铁心正交各向异性材料参数辨识方法，其特征在于，所述步骤S52中的约束条件具体为：
...【技术特征摘要】
1.一种基于代理模型的电动机定子铁心正交各向异性材料参数辨识方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于代理模型的电动机定子铁心正交各向异性材料参数辨识方法，其特征在于，所述步骤s1中定子铁心固有模态特征的有效结构参数和有效材料参数具体包括：ri,σ,λ,δ,τ,ex,ez,gxy,gxz，分别代表定子铁心的内半径，裂比、即铁心内半径与外半径的比值，长径比、即铁心轴向长度与外直径的比值，齿高比、即齿高与铁心高度的比值，齿槽比、即齿宽与槽宽的比值，定子铁心在x方向的弹性模量，定子铁心在z方向、即轴向的弹性模量，定子铁心在xy平面的剪切模量和定子铁心在xz平面的剪切模量。
3.根据权利要求2所述的一种基于代理模型的电动机定子铁心正交各向异性材料参数辨识方法，其特征在于，所述步骤s2中的结构——材料统一模型是一个用于表征定子铁心的固有模态特征与其结构参数和材料参数之间关系的概念模型：
4.根据权利要求2所述的一种基于代理模型的电动机定子铁心正交各向异性材料参数辨识方法，其特征在于，所述步骤s3具体包括以下步骤：<...
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