CN117621844B - 牵引、悬浮、导向一体化的电磁悬浮装置及其优化方法 - Google Patents
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Abstract
牵引、悬浮、导向一体化的电磁悬浮装置及其优化方法，优化方法包括：1、确定直线感应电机所需提供的牵引力和悬浮力；2、构建考虑边端效应、半填充槽效应、电机饱和效应和集肤效应的“T”型等效电路模型从而获得不同参数下直线感应电机的牵引力模型；3、采用响应面法和有限元相结合的方法构建电机法向力求解模型进而获得不同参数下直线感应电机的法向力模型；4、采用第二代非支配排序遗传算法对牵引力模型以及法向力模型同时进行多目标优化，寻找出符合电机设计牵引力和法向力的直线感应电机参数。本发明将法向力考虑到电机优化设计中，将响应面方法与有限元方法相结合，构造电机法向力的代理模型，从而提高了法向力的精度和快速计算能力。
Description
技术领域
本发明涉及电磁悬浮设备技术领域，特别涉及一种牵引、悬浮、导向一体化的电磁悬浮装置及其优化方法。
背景技术
直线感应电机（Linear induction motor, LIM）是一种原理与旋转感应电机类似但结构有所区别、做直线运动的特种电机。凭借其加减速能力强、非黏着驱动、维护成本低等优势，LIM在电磁弹射、物流运输和轨道交通等领域应用广泛。轨道交通用LIM的优化设计通常是为了实现提高电机的牵引力、效率、功率因数和降低重量等特性的优化，从而提升牵引驱动系统的带负载能力、降低系统能耗和缩小体积。
目前对于LIM的优化设计主要是通过有限元进行参数扫描或采用智能算法对电机参数进行寻优来实现提升电机牵引力、效率和功率因素等特性的过程。但对于LIM所特有的非对称结构所产生的、垂直于电机表面的法向力被视作一种干扰力的形式存在，并没有在电机优化设计过程中加以利用起来；同时，采用多层行波磁场模型或仅用有限元仿真方法求解法向力分别存在精确度不高和不太适用于电机参数快速优化的问题；最后，传统中低速轨道交通用LIM的位置结构特点使得对电机的优化目的通常是增大牵引力，减小法向力，而这并不适用牵引-悬浮一体化的电机。
发明内容
本发明提供了，以解决现有直线感应电机所特有的非对称结构所产生的、垂直于电机表面的法向力被视作一种干扰力的形式存在，并没有在电机优化设计过程中加以利用起来的技术问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明提供了一种牵引、悬浮、导向一体化的电磁悬浮装置，包括：
车架，包括车体、用于将车体悬挂在外部轨道梁上的悬挂机构、以及安装在悬挂机构底部的多对走行轮，多对走行轮沿外部轨道梁方向排布；
悬浮机构，包括嵌入在悬挂机构顶部并沿外部轨道梁排布的多个悬浮模块以及位于多个悬浮模块正上方的且布设在外部轨道梁内顶面的上U型铁芯组件，上U型铁芯组件沿外部轨道梁的长度方向排布，上U型铁芯组件包括多个上U型铁芯；每个悬浮模块包括布设在上U型铁芯下方的下U型铁芯、缠绕在下U型铁芯上的电磁线圈；
直线感应电机，包括布设在悬挂机构顶部的初级铁芯、环绕初级铁芯布设的初级线圈、安装在上U型铁芯底部的次级铝板、以及嵌入在上U型铁芯中部的次级背铁。
进一步地，所述初级铁芯由多块硅钢片叠压而成。
进一步地，所述车架上的悬挂机构的数量为两个，且两个悬挂机构对称安装在车体的顶部；
悬浮机构中悬浮模块的数量为两个，且分别固定在两个悬挂机构的顶部，每个悬浮模块中含有两个下U型铁芯和两个电磁线圈，两个电磁线圈分别缠绕在两个下U型铁芯上。
本发明另一方面还提供一种牵引、悬浮、导向一体化的电磁悬浮装置的优化方法，包括如下步骤：
S1、首先根据额定工况下车体的载重和运行特性确定直线感应电机所需提供的牵引力和悬浮力；
S2、构建考虑边端效应、半填充槽效应、电机饱和效应和集肤效应的“T”型等效电路模型从而获得不同参数下直线感应电机的牵引力模型；
S3、采用响应面法和有限元相结合的方法构建电机法向力求解模型进而获得不同参数下直线感应电机的法向力模型；
S4、采用第二代非支配排序遗传算法对S2中的牵引力模型以及S3中的法向力模型进行多目标优化，寻找出符合电机设计牵引力和法向力的直线感应电机参数。
进一步地，所述S1具体包括如下步骤：
S11、计算车体在额定工况下的磁阻与车速/>；
S12、计算车体在额定工况下的受流器阻力；
S13、计算车体在额定工况下的风阻；
S14、计算在平直的轨道运行，不考虑坡道阻力的总阻力；
S15、利用总阻力求解直线感应电机所需的最大牵引力/>；
S16、计算直线感应电机所需提供的悬浮力。
进一步地，所述S11中磁阻的计算方式如下：
当车速时，磁阻可用式(14)表示；当车速/>时，可用式(15)表示，式(14)和式(15)具体如下：
(14)
(15)
其中，表示额定运行工况下的车厢车重；/>为车厢的数量；
S12中的受流器阻力的计算方式具体如下：
(16)
S13中的风阻的计算方式具体如下：
(17)
S14中的总阻力的计算方式具体如下：
(18)
S15中的直线感应电机所需的最大牵引力的计算方式具体如下：
(19)
其中，为剩余加速度；
S16中的直线感应电机所需提供的悬浮力的计算方式具体如下：
(20)
其中，表示重力加速度。
进一步地，所述S2中不同参数下直线感应电机的牵引力模型具体如下：
(21)
其中，为相数；/>为次级电流；/>为修正后的次级等效电阻；/>为同步速度。
进一步地，所述S4中的具体包括如下步骤：
S41、构建优化变量、约束条件以及目标函数；
S42、初始化种群，即在所给所有参数的范围内随机生成不同的组合，利用rand函数随机构造不同的个体；
S43、计算种群适应度；
具体的，将输入的电机参数代入到牵引力模型和法向力模型求解得到电机的牵引力和法向力，并代入到上述优化算法的目标函数中求得目标的相对偏差值；
S44、非支配排序；
S45、拥挤度计算；
S46、判断迭代次数是否达到设定的次数，如果是，则输出本体参数，得到满足约束条件，且目标函数相对偏差值最小的符合电机设计牵引力和法向力的电机参数；如果否，则进入S47中；
S47、随机选取两个个体当做父辈，再随机选取交叉作用于输入变量的系数，分别将父辈乘以系数进行加权，/>为随机生成的加权系数矩阵；
S48、对特定个体的特定变量进行替换，采用公式表示具体如下：
(22)
其中，为个体第/>个输入参数的替换值，/>为个体第/>个输入参数的初始值，/>为变异步长，/>为一个0-1的随机数；
S49、在所有个体进行非支配排序、计算拥挤度后进行排序，淘汰掉排序靠后的个体，之后进入S43中。
进一步地，所述S41中的优化变量包括直线感应电机的槽宽、槽高/>、气隙高度、初级轭部高度/>、滑差频率/>、次级铝板厚度/>和初级铁板厚度/>作为直线感应电机设计的待优化变量；依次用/>表示，所以构件的优化变量具体如下：
(23)
约束条件具体如下：
(24)
其中，为最小齿宽，/>为齿部磁感应强度，/>为轭部磁感应强度，/>为槽满率；
目标函数具体如下：
(25)
其中，、/>、/>和/>为设计需求推力、法向力、质量和效率，/>、/>、/>和/>为实际值，/>、/>、/>和/>为实际值与需求值的相对误差，两者越小，说明所设计的直线感应电机越能满足设计的需求。
进一步地，所述S47采用公式表示，具体如下：
(26)
其中，和/>为父辈的两个个体，式中运算为矩阵运算。
本发明的有益效果：
1、本发明一方面提供了一种牵引、悬浮、导向一体化的电磁悬浮装置，电磁悬浮装置包括车架、直线感应电机和悬浮机构，其中的直线感应电机产生的法向力能转化为车体的悬浮力，来抵消部分或全部的自身重力，从而降低系统能耗，减小悬浮系统的容量，从而来提高了电机效率。
2、本发明另一方面还提供了一种牵引、悬浮、导向一体化的电磁悬浮装置的优化方法，其将法向力考虑到电机设计中，将响应面方法与有限元方法相结合，构造电机法向力的代理模型，从而提高法向力的精度和快速计算能力。再采用第二代非支配排序遗传算法（Non-dominated Sorting Genetic Algorithms, NSGA）对法向力的代理模型与牵引力的“T”型等效电路模型进行寻优，确定电机结构参数，实现了牵引-悬浮一体化电机设计，满足了额定工况的牵引力和法向力需求，使所设计电机在额定工况下既能提供牵引力又能提供悬浮力。
附图说明
图1为电磁悬浮装置的结构示意图；
图2为图1中中部竖向剖视图；
图3为电磁悬浮装置中车体的受力图；
图4为 磁偏力校正车体的示意图；
图5为本发明中“T”型等效电路模型的电路图；
图6为直线感应电机本体结构参数图；
图7为本发明中电磁悬浮装置的优化方法中S4的流程图。
附图标记说明：
1、车架；11、车体、12、悬挂机构；13、走行轮；
2、直线感应电机；21、初级铁芯；22、初级线圈；23、次级背铁；24、次级铝板；
3、悬浮机构；31、下U型铁芯；32、电磁线圈；33、上U型铁芯；
4、轨道梁。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以通过许多其他不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
还需说明的是，本申请实施例中以同一附图标记表示同一组成部分或同一零部件，对于本申请实施例中相同的零部件，图中可能仅以其中一个零件或部件为例标注了附图标记，应理解的是，对于其他相同的零件或部件，附图标记同样适用。
参照图1，本申请实施例提供了一种牵引、悬浮、导向一体化的电磁悬浮装置，包括：
车架1，包括车体11、用于将车体11悬挂在外部轨道梁4上的悬挂机构12、以及安装在悬挂机构12底部的多对走行轮13，多对走行轮13沿外部轨道梁4方向排布；
悬浮机构3，包括嵌入在悬挂机构12顶部并沿外部轨道梁4排布的多个悬浮模块以及位于多个悬浮模块正上方的且布设在外部轨道梁4内顶面的上U型铁芯组件，上U型铁芯组件沿外部轨道梁4的长度方向排布，上U型铁芯组件包括多个上U型铁芯33；每个悬浮模块包括布设在上U型铁芯33下方的下U型铁芯31、缠绕在下U型铁芯31上的电磁线圈32；
直线感应电机2，包括布设在悬挂机构12顶部的初级铁芯21、环绕初级铁芯21布设的初级线圈22、安装在上U型铁芯33底部的次级铝板24、以及嵌入在上U型铁芯33中部的次级背铁23；
车体11受力图如图3所示，电磁悬浮装置有LIM产生牵引力（图3中用F1表示）和部分悬浮力（图3中用F2表示），悬浮装置是悬浮力的大部分贡献者，用于抵消车体11的重力（图3中用F3表示），实现悬浮；图3中车体11受到的电机法向力用F4表示。同时，根据磁路最短原则，下U型铁芯31还能提供校正车体11横向偏移的侧偏力；在电磁线圈32通电时，可以在上U型铁芯33和下U型铁芯31内产生磁通，从而产生磁偏力，如图4左图为车体11偏离轨道中心时下U型铁芯31会产生用于校正车体11位置的磁偏力（图4中用F5表示）。侧偏力的存在可以防止车体11跑偏，为车体11的安全、稳定运行起到十分重要的作用。
本发明一方面提供了一种牵引、悬浮、导向一体化的电磁悬浮装置，电磁悬浮装置包括车架1、直线感应电机2和悬浮机构3，其中的直线感应电机2产生的法向力能转化为车体11的悬浮力，来抵消部分或全部的自身重力，从而降低系统能耗，减小悬浮系统的容量，从而来提高了电机效率。
在一些实施例中，所述初级铁芯21由多块硅钢片叠压而成。
在一些实施例中，所述车架1上的悬挂机构12的数量为两个，且两个悬挂机构12对称安装在车体11的顶部；
悬浮机构3中悬浮模块的数量为两个，且分别固定在两个悬挂机构12的顶部，每个悬浮模块中含有两个下U型铁芯31和两个电磁线圈32，两个电磁线圈32分别缠绕在两个下U型铁芯31上。
本发明另一方面还提供一种牵引、悬浮、导向一体化的电磁悬浮装置的优化方法，用于对以上所述的电磁悬浮装置进行优化，包括如下步骤：
S1、首先根据额定工况下车体11的载重和运行特性确定直线感应电机2所需提供的牵引力和悬浮力；
在一些实施例中，所述S1具体包括如下步骤：
S11、计算车体11在额定工况下的磁阻与车速/>；
在一些实施例中，所述S11中磁阻的计算方式如下：
当车速时，磁阻可用式(27)表示；当车速/>时，可用式(28)表示，式(27)和式(28)具体如下：
(27)
(28)
其中，表示额定运行工况下的车厢车重；/>为车厢的数量；
S12、计算车体11在额定工况下的受流器阻力，受流器阻力/>的计算方式具体如下：
(29)
S13、计算车体11在额定工况下的风阻，风阻/>的计算方式具体如下：
(30)
S14、计算在平直的轨道运行，不考虑坡道阻力的总阻力；总阻力/>的计算方式具体如下：
(31)
S15、利用总阻力求解直线感应电机2所需的最大牵引力/>，最大牵引力/>的计算方式具体如下：
(32)
其中，为剩余加速度；
S16、计算直线感应电机2所需提供的悬浮力，悬浮力/>的计算方式具体如下：
(33)
其中，表示重力加速度；
在一些实施例中，所述S2中不同参数下直线感应电机2的牵引力模型具体如下：
(34)
其中，为相数；/>为次级电流；/>为修正后的次级等效电阻；/>为同步速度。
S2、构建考虑边端效应、半填充槽效应、电机饱和效应和集肤效应的“T”型等效电路模型从而获得不同参数下直线感应电机2的牵引力模型；
参照图5，等效电路图中的和/>分别为初级电阻和初级漏电抗，/>为激磁电抗，/>和/>为归算到初级的次级电阻和次级漏抗，/>为电机相电压，/>为感应电动势。其计算表达式如下式所示：
(35)
、/>分别为初级绕组和次级感应板的电阻率，/>为初级线圈22平均半匝长度，/>为初级每相串联匝数，/>为绕组面积，/>为初级电流频率，/>为初级铁芯21宽度的一半，/>为每级每相槽数，/>为实际极对数，/>、/>、/>、/>分别为槽漏磁导、齿部漏磁导、端部漏磁导和谐波漏磁导，/>为相数，/>为真空磁导率，/>为绕组缩减系数，/>为同步速度，/>为等效气隙。其中/>，/>为磁饱和系数，/>为卡特系数，/>为电机气隙与次级铝板24的高度，/>为次级铝板24的厚度。
其中考虑第二类纵向边端效应对次级电阻和激磁电抗的修正系数和/>可由下式求得：
(36)
式中为直线感应电机2（以下简称电机）的品质因数，表征直线感应电机将电能转换为机械能的能力；/>为等效极对数；/>为极距；/>和/>是与电机本体结构参数有关的中间参数。
考虑第二类横向边端效应对次级电阻和激磁电抗的修正系数和/>公式如下所示：
(37)
考虑集肤效应的系数可由下式求解：
(38)
(39)
(40)
所以次级的等效阻抗为：
(41)
其中修正后的次级等效电阻和激磁电抗：
(42)
(43)
初级电流和次级电流可由上述等效电路的参数通过下式计算得：
(44)
(45)
所以，SLIM的牵引力可用电机的等效电路参数表示为：
(46)
功率因素：
(47)
电机效率：
(48)
S3、采用响应面法和有限元相结合的方法构建电机法向力求解模型进而获得不同参数下直线感应电机2的法向力模型；
响应面法（Response Surface Methodology, RSM）是一种利用试验设计方法和回归方程分析来寻找到影响因素与响应之间的函数关系。为了快速对电机的法向力优化设计，选取七个电机的主要参数作为输入变量，如图6所示，图中参数分别为初级槽宽、槽高/>、气隙高度/>、初级轭部高度/>、滑差频率/>、次级铝板厚度/>和初级铁板厚度，依次用/>表示，法向力作为响应。根据BBD（Box-Behnken Design, BBD）设计方法在输入变量的范围内相互组合成一组实验。
直线感应电机是一个非线性、强耦合的系统，为了提高拟合方程的精确性，采用二阶含交叉项模型来进行拟合，如下式表示：
(49)
其中为样本数量，/>、/>、/>和/>分别为回归方程常数项、一次项系数、二次平方项系数和二次交叉项系数，/>为误差。
通过回归分析可拟合得到的二阶模型（即法向力模型），为了验证二阶代理模型的合理性和有效性，对模型进行方差分析和相关性检验来检验模型的可靠性。
S4、采用第二代非支配排序遗传算法对S2中的牵引力模型以及S3中的法向力模型进行多目标优化，寻找出符合电机设计牵引力和法向力的直线感应电机2参数。
在一些实施例中，所述S4中的具体包括如下步骤：
S41、构建优化变量、约束条件以及目标函数；
优化变量包括直线感应电机2的槽宽、槽高/>、气隙高度/>、初级轭部高度/>、滑差频率/>、次级铝板厚度/>和初级铁板厚度/>作为直线感应电机2设计的待优化变量；
构建优化变量：
(50)
约束条件具体如下：
(51)
其中，为最小齿宽，/>为齿部磁感应强度，/>为轭部磁感应强度，/>为槽满率；
目标函数具体如下：
(52)
其中，、/>、/>和/>分别为设计需求推力、法向力、质量和效率，/>、/>、/>和/>为实际值，/>、/>、/>和/>为实际值与需求值的相对误差，两者越小，说明所设计的直线感应电机2越能满足设计的需求。
S42、初始化种群，即在所给所有参数的范围内随机生成不同的组合，利用rand函数随机构造不同的个体；
S43、计算种群适应度；
具体的，将输入的电机参数代入到牵引力模型和法向力模型求解得到电机的牵引力和法向力，并代入到上述优化算法的目标函数中求得目标的相对偏差值；
S44、非支配排序；
a1.设；
b1.对于所有的，且/>，按照以上定义，比较个体/>和个体/>之间的支配与非支配关系，支配与非支配关系即个体/>支配个体/>，个体/>的适应度均比更优；
c1.如果不存在任何一个个体优于/>，则/>标记为非支配个体；同时对某一目标值对个体进行排序。
d1.令，转到步骤b1，直到找到所有的非支配个体。
通过上述步骤得到的非支配个体集是种群的第一级非支配层，然后，忽略这些已经标记的非支配个体(即这些个体不再进行下一轮比较)，再遵循步骤a1-d1，就会得到第二级非支配层。依此类推，直到整个种群被分层。
S45、拥挤度计算；
a2.初始化每个点的拥挤度置为0；
b2.针对每个目标，对种群进行非支配排序，令边界的两个个体拥挤度为无穷，即；
c2.对其他个体进行拥挤度的计算：
其中：表示/>点的拥挤度，/>表示/>点的第/>个目标函数值，/>表示/>点的第/>个目标函数值。
经过前面的快速非支配排序和拥挤度计算之后，种群中的每个个体都拥有两个属性：非支配排序决定的非支配序/>（级数，即第几级）和拥挤度/>。依据这两个属性，可以定义拥挤度比较算子：个体/>与另一个个体/>进行比较，只要下面任意一个条件成立，则个体/>获胜。
如果个体所处非支配层优于个体/>所处的非支配层，即/>；
如果个体与个体/>有相同的等级，且个体/>比个体/>有一个更大的拥挤距离，即且/>；
第一个条件确保被选择的个体属于较优的非劣等级。第二个条件根据它们的拥挤距离选择由于在同一非劣等级而不分胜负的两个个体中位于较不拥挤区域的个体(有较大的拥挤度)。胜出的个体进入下一个操作。
S46、判断迭代次数是否达到设定的次数，如果是，则输出本体参数，得到满足约束条件，且目标函数相对偏差值最小的符合电机设计牵引力和法向力的电机参数；如果否，则进入S47中；
S47、随机选取两个个体当做父辈，再随机选取交叉作用于输入变量的系数，分别将父辈乘以系数进行加权，/>随机生成的加权系数矩阵，采用公式表示，具体如下：
(53)
其中，和/>为父辈的两个个体，式中运算为矩阵运算。
S48、对特定个体的特定变量进行替换，采用公式表示具体如下：
(54)
其中，为个体第/>个输入参数的替换值，/>为个体第/>个输入参数的初始值，/>为变异步长，/>为一个0-1的随机数；
S49、在所有个体进行非支配排序、计算拥挤度后进行排序，淘汰掉排序靠后的个体，之后进入S43中。
本发明另一方面还提供了一种牵引、悬浮、导向一体化的电磁悬浮装置的优化方法，其将法向力考虑到电机设计中，将响应面方法与有限元方法相结合，构造电机法向力的代理模型，从而提高法向力的精度和快速计算能力。再采用第二代非支配排序遗传算法（Non-dominated Sorting Genetic Algorithms, NSGA）对法向力的代理模型与牵引力的“T”型等效电路模型进行寻优，确定电机结构参数，实现了牵引-悬浮一体化电机设计，满足了额定工况的牵引力和法向力需求，使所设计电机在额定工况下既能提供牵引力又能提供悬浮力。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。并且，本发明各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种牵引、悬浮、导向一体化的电磁悬浮装置，其特征在于，包括：
车架，包括车体、用于将车体悬挂在外部轨道梁上的悬挂机构、以及安装在悬挂机构底部的多对走行轮，多对走行轮沿外部轨道梁方向排布；
悬浮机构，包括嵌入在悬挂机构顶部并沿外部轨道梁排布的多个悬浮模块以及位于多个悬浮模块正上方的且布设在轨道梁内顶面的上U型铁芯组件，上U型铁芯组件沿外部轨道梁的长度方向排布，上U型铁芯组件包括多个上U型铁芯；每个悬浮模块包括布设在上U型铁芯下方的下U型铁芯、缠绕在下U型铁芯上的电磁线圈；
直线感应电机，包括布设在悬挂机构顶部的初级铁芯、环绕初级铁芯布设的初级线圈、安装在上U型铁芯底部的次级铝板、以及嵌入在上U型铁芯中部的次级背铁；
电磁悬浮装置的优化方法如下：
S1、首先根据额定工况下车体的载重和运行特性确定直线感应电机所需提供的牵引力和悬浮力；
S2、构建考虑边端效应、半填充槽效应、电机饱和效应和集肤效应的“T”型等效电路模型从而获得不同参数下直线感应电机的牵引力模型；
S3、采用响应面法和有限元相结合的方法构建电机法向力求解模型进而获得不同参数下直线感应电机的法向力模型；
S4、采用第二代非支配排序遗传算法对S2中的牵引力模型以及S3中的法向力模型进行多目标优化，寻找出符合电机设计牵引力和法向力的直线感应电机参数；
所述S4中的具体包括如下步骤：
S41、构建优化变量、约束条件以及目标函数；
S42、初始化种群，即在所给所有参数的范围内随机生成不同的组合，利用rand函数随机构造不同的个体；
S43、计算种群适应度；
具体的，将输入的电机参数代入到牵引力模型和法向力模型求解得到电机的牵引力和法向力，并代入到目标函数中求得目标的相对偏差值；
S44、非支配排序；
S45、拥挤度计算；
S46、判断迭代次数是否达到设定的次数，如果是，则输出本体参数，得到满足约束条件，且目标函数相对偏差值最小的符合电机设计牵引力和法向力的电机参数；如果否，则进入S47中；
S47、随机选取两个个体当做父辈，再随机选取交叉作用于输入变量的系数，分别将父辈乘以系数进行加权，/>为随机生成的加权系数矩阵；
S48、对特定个体的特定变量进行替换，采用公式表示具体如下：
(9)
其中，为个体第/>个输入参数的替换值，/>为个体第/>个输入参数的初始值，为变异步长，/>为一个0-1的随机数；
S49、在所有个体进行非支配排序、计算拥挤度后进行排序，淘汰掉排序靠后的个体，之后进入S43中。
2.根据权利要求1所述的电磁悬浮装置，其特征在于，所述初级铁芯由多块硅钢片叠压而成。
3.根据权利要求1所述的电磁悬浮装置，其特征在于，所述车架上的悬挂机构的数量为两个，且两个悬挂机构对称安装在车体的顶部；
悬浮机构中悬浮模块的数量为两个，且分别固定在两个悬挂机构的顶部，每个悬浮模块中含有两个下U型铁芯和两个电磁线圈，两个电磁线圈分别缠绕在两个下U型铁芯上。
4.根据权利要求1所述的电磁悬浮装置，其特征在于，所述S1具体包括如下步骤：
S11、计算车体在额定工况下的磁阻与车速/>；
S12、计算车体在额定工况下的受流器阻力；
S13、计算车体在额定工况下的风阻；
S14、计算在平直的轨道运行，不考虑坡道阻力的总阻力；
S15、利用总阻力求解直线感应电机所需的最大牵引力/>；
S16、计算直线感应电机所需提供的悬浮力。
5.根据权利要求4所述的电磁悬浮装置，其特征在于，所述S11中磁阻的计算方式如下：
当车速时，磁阻用式(1)表示；当车速/>时，用式(2)表示，式(1)和式(2)具体如下：
(1)
(2)
其中，表示额定运行工况下的车厢车重；/>为车厢的数量；
S12中的受流器阻力的计算方式具体如下：
(3)
S13中的风阻的计算方式具体如下：
(4)
S14中的总阻力的计算方式具体如下：
(5)
S15中的直线感应电机所需的最大牵引力的计算方式具体如下：
(6)
其中，为剩余加速度；
S16中的直线感应电机所需提供的悬浮力的计算方式具体如下：
(7)
其中，表示重力加速度。
6.根据权利要求5所述的电磁悬浮装置，其特征在于，所述S2中不同参数下直线感应电机的牵引力模型具体如下：
(8)
其中，为相数；/>为次级电流；/>为修正后的次级等效电阻；/>为同步速度。
7.根据权利要求1所述的电磁悬浮装置，其特征在于，所述S41中的优化变量包括直线感应电机的槽宽、槽高/>、气隙高度/>、初级轭部高度/>、滑差频率/>、次级铝板厚度和初级铁板厚度/>作为直线感应电机设计的待优化变量；依次用/>表示，所以构件的优化变量具体如下：
(10)
约束条件具体如下：
(11)
其中，为最小齿宽，/>为齿部磁感应强度，/>为轭部磁感应强度，/>为槽满率；
目标函数具体如下：
(12)
其中，、/>、/>和/>分别为设计需求推力、法向力、质量和效率，/>、/>、/>和/>分别为推力实际值、法向力实际值、质量实际值以及效率实际值，/>、/>、/>和/>分别为推力、法向力、质量和效率四个参数的实际值与需求值的相对误差，两者越小，说明所设计的直线感应电机越能满足设计的需求。
8.根据权利要求7所述的电磁悬浮装置，其特征在于，所述S47采用公式表示，具体如下：
(13)
其中，和/>为父辈的两个个体，式中运算为矩阵运算。
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