CN109460624A - 一种新的圆筒开关磁阻直线电机多目标优化设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种圆筒开关磁阻直线电机多目标优化方法，属于电机设计领域。本发明相比传统单目标优化方法能够兼顾多个电机性能指标，相比现有仿生多目标优化方法具有优化过程简便，优化效果明显等优势。本发明由确定优化决策矩阵、优化性能指标客观权重、计算性能综合优化权重、计算参数方案综合评价值等步骤组成。根据各结构参数方案的性能指标，得到优化决策矩阵；通过改进熵值法，得到各性能指标优化权重；结合主观的各性能指标权重，确定各性能综合优化权重；通过逼近理想解法，计算各参数方案综合评价值；结合实际确定电机最终结构。本发明的圆筒开关磁阻直线电机多目标优化方法，具有优化过程简便、优化效果明显等优点。
Description
技术领域
本发明涉及电机优化设计领域，具体涉及到圆筒开关磁阻直线电机与多目标权重优化算法。
背景技术
近年来，在世界范围内节能减排趋势的推动下，新型电机领域取得了突破性的进展。经过几十年的发展，开关磁阻电机及其控制系统已经得到了前所未有的完善。它具有结构简单、坚固耐用、控制策略灵活、调速范围宽、环境恶劣、容错性好、运行效率高、制造成本低等优点，使其在混合动力汽车、军事和航空航天领域具有良好的应用前景。圆筒开关磁阻直线电机几乎完全继承了开关磁阻电机的固有优势。此外，其直线运动模式可以使它在电磁弹射系统和轨道交通系统等许多特定环境下得到广泛应用。然而，其一些缺陷仍然很大程度制约了此类电机成为主流电机。例如，其功率密度低于永磁同步电机。而且较大的出力脉动和工作噪声也严重地制约了开关磁阻直线电机的进一步应用。因此针对圆筒开关磁阻直线电机的短板进行优化以改善其性能指标具有重要意义。然而，在电机设计中许多现有的单目标优化方法都有其固有的缺点，例如可能会在提高机器的某个性能指标的同时严重损害其它的关键性能指标。因此，近年来出现了多种可用于电机设计的多目标优化算法，以进一步提高电机的综合性能。
发明内容
针对上述技术中存在的问题，本发明提出一种优化方法简便，优化效果明显的新的圆筒开关磁阻直线电机多目标优化设计方法。
为实现上述技术目的，本发明采用如下的技术方案予以实现：
一种新的圆筒开关磁阻直线电机多目标优化设计方法，由确定电机优化决策矩阵、优化电机性能指标客观权重、计算电机性能综合优化权重、计算电机参数方案综合评价值等步骤组成。通过计算圆筒开关磁阻直线电机各结构参数方案的多性能指标，得到电机优化决策矩阵；通过一种新的熵值方法，得到电机各性能指标的优化客观权重；结合设计者主观设定的电机各性能指标权重与优化客观权重，确定最终电机各性能指标的综合优化权重；根据优化后的电机各指标权重，通过逼近理想解方法，计算电机各参数多方案的综合评价值；通过比较各方案的综合评价值的大小，结合圆筒开关磁阻直线电机设计运行要求，确定最终的各结构参数优化值以及圆筒开关磁阻直线电机的最终结构。
本发明的一种新的圆筒开关磁阻直线电机多目标优化设计方法的有益效果有：
(一)根据电机优化决策矩阵结果，使用一种新的改进熵值法计算出电机各性能指标的优化客观权重，能够充分考虑到电机各性能指标对电机结构参数变化的客观灵敏度，使得优化结果更加客观，更加可靠；(二)结合电机设计者的设计与使用要求，同时考虑设计者对于电机运行指标设定的主观权重与熵值法得到的优化的客观权重，得到电机各性能指标的最终综合优化权重，能够使优化过程做到主客观并重，使得电机优化结果更加可信；(三)根据电机各性能指标综合优化权重，使用逼近理想解方法，确定电机各参数多方案的综合评价值，能够清楚地反映电机结构参数各方案优劣程度，降低了电机多目标优化过程中参数选择的犹豫度，使优化结果更加可靠。
附图说明
图1是本发明的一种新的圆筒开关磁阻直线电机多目标优化设计方法流程图。
图2是本发明的一种新的圆筒开关磁阻直线电机多目标优化设计方法优化实施的电机结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：
由确定电机优化决策矩阵、优化电机性能指标客观权重、计算电机性能综合优化权重、计算电机参数方案综合评价值等步骤组成。如图1所示，首先通过计算圆筒开关磁阻直线电机各结构参数方案的多性能指标，得到电机优化决策矩阵D，如公式(1)所示，其中每一行代表圆筒开关磁阻直线电机各结构参数不同方案值，每一列代表圆筒开关磁阻直线电机的多个关键性能指标值，例如出力、出力平滑度、出力铜损比等。
接着根据公式(2)所示的一种归一化方法，整理并将电机优化决策矩阵D归一化后，得到归一化的贡献度矩阵Pij
接下来，根据公式(3)计算电机结构参数的每一方案值对电机各性能指标的总贡献度Ej
接着根据公式(4)计算同样每一方案值对电机多性能指标贡献度的一致性程度dj
dj＝1-Ej (4)
最后根据公式(5)能够得出电机该结构参数的多性能指标的优化客观权重wj
此优化客观权重即为根据熵值方法得到的电机各性能指标的优化客观权重。结合设计者主观设定的电机各性能指标权重λj与优化客观权重，根据公式(6)能够确定最终电机各性能指标的综合优化权重
此综合优化权重即为根据改进信息熵值法，得到的最终电机各性能指标综合优化权重。
接下来根据优化后的电机各指标权重，通过逼近理想解方法，计算电机各参数多方案的综合评价值；首先将电机优化决策矩阵D，利用公式(7)所示的归一化方法进行归一化，得到电机归一化决策矩阵rij
接着利用公式(8)结合电机性能指标综合优化权重计算出电机优化加权决策矩阵cij
接下来根据公式(9)、公式(10)，计算出电机每一性能指标的正理想解cj *与负理想解cj 0
接着根据公式(11)、公式(12)计算出电机结构参数每一方案对应指标距正理想解的距离si *与负理想解的距离si 0
最后，根据公式(13)计算出电机结构参数每一方案值的综合评价值fi *
通过比较各方案的综合评价值的大小，结合圆筒开关磁阻直线电机设计运行要求，能够确定最终的各结构参数优化值以及圆筒开关磁阻直线电机的最终结构。
本实施方式选用的圆筒开关磁阻直线电机，如图2所示。从内至外分别为动子圆筒、动子齿环、饼式绕组、定子圆筒。
下面利用图表进一步说明上述一种新的圆筒开关磁阻直线电机多目标优化设计方法的优化效果。以结构参数动子圆筒轭厚的多目标优化为例，该参数的电机优化决策矩阵D如表1所示。
表1电机优化决策矩阵
根据该决策矩阵以及后续计算，能够得到电机该结构参数的多性能指标的优化客观权重wj＝(0.3333,0.3334,0.3333)。
考虑主观设定的多性能指标权重λj＝(0.4,0.3,0.3)，能够确定最终电机各性能指标的综合优化权重
通过逼近最优解方法，最后能够确定电机该参数的5个方案值分别距正理想解与负理想解的距离以及相对贴进度即综合评价值如表2所示。
表2最终距离与综合评价值
根据5个方案值的综合评价值比较，可以确定该参数动子圆筒轭厚最后优化值应为10mm。
根据以上实施方式的新的圆筒开关磁阻直线电机多目标优化设计方法，可以对圆筒开关磁阻直线电机的其它结构参数同样进行多目标优化。该结构的圆筒开关磁阻直线电机优化前后的多性能指标比较如表3所示。表3表明该新的圆筒开关磁阻直线电机多目标优化设计方法具有良好的多目标优化效果。
表3圆筒开关磁阻直线电机优化前后的多性能指标比较
Claims (3)
1.一种新的圆筒开关磁阻直线电机多目标优化设计方法，其特征在于：由确定电机优化决策矩阵、优化电机性能指标客观权重、计算电机性能综合优化权重、计算电机参数方案综合评价值等步骤组成。首先通过计算圆筒开关磁阻直线电机各结构参数方案的多性能指标，得到电机决策矩阵；通过一种新的改进熵值方法，得到电机各性能指标的优化客观权重；同时考虑设计者主观设定的电机各性能指标权重与优化客观权重，确定最终电机性能综合优化权重；根据优化后的电机各指标权重，使用逼近理想解法，计算出电机参数各方案综合评价值；通过比较各方案综合评价值大小，结合圆筒开关磁阻直线电机设计要求，确定最终的各结构参数优化值。
2.根据权利要求1所述的一种新的圆筒开关磁阻直线电机多目标优化设计方法，其特征在于：首先通过计算圆筒开关磁阻直线电机各结构参数方案的多性能指标，得到电机优化决策矩阵D，如公式(1)所示
接着根据公式(2)所示的一种归一化方法得到归一化的贡献度矩阵Pij
接下来，根据公式(3)计算电机结构参数的各方案值对电机各性能指标的总贡献度Ej
接着根据公式(4)计算同样各方案值对电机多性能指标贡献度的一致性程度dj
dj＝1-Ej (4)
最后根据公式(5)能够得出电机该结构参数的多性能指标的优化客观权重wj
结合设计者主观设定的电机各性能指标权重λj与优化客观权重，根据公式(6)确定最终电机各性能指标的综合优化权重
3.根据权利要求1所述的一种新的圆筒开关磁阻直线电机多目标优化设计方法，其特征在于：首先将电机优化决策矩阵D，利用公式(7)得到电机归一化决策矩阵rij
接着利用公式(8)结合电机性能指标综合优化权重计算电机优化加权决策矩阵cij
接下来根据公式(9)、公式(10)，计算电机各性能指标的正理想解cj *与负理想解cj 0
接着根据公式(11)、公式(12)计算电机结构参数各方案对应指标距正理想解的距离si *与负理想解的距离si 0
最后，根据公式(13)计算电机结构参数每一方案值的综合评价值fi *
比较各方案的综合评价值的大小，结合圆筒开关磁阻直线电机设计运行要求，确定最终的各结构参数优化值以及圆筒开关磁阻直线电机的最终结构。
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Cited By (3)
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| CN113139356A (zh) * | 2021-04-27 | 2021-07-20 | 中国矿业大学 | 一种圆筒型开关磁阻电直线电机的结构参数优化方法 |
| CN117350097A (zh) * | 2023-09-08 | 2024-01-05 | 淮阴工学院 | 基于参数优化与指标评价的永磁无刷直流电机优化方法 |
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| CN106529166A (zh) * | 2016-11-04 | 2017-03-22 | 河海大学 | 一种基于maepso算法的区域水资源优化配置方法 |
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