金永星 王愛(ài)元 王濤 孫健

摘 要：利用重心鄰域算法對(duì)影響永磁同步電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的四個(gè)主要參量（ 極弧系數(shù)、偏心距、氣隙長(zhǎng)度、磁極厚度） 進(jìn)行優(yōu)化，然后利用有限元分析軟件進(jìn)行齒槽轉(zhuǎn)矩的分析。

關(guān)鍵詞：永磁同步電機(jī)，重心鄰域算法，齒槽轉(zhuǎn)矩

0引言

PMSM 空載時(shí)，永磁體與電機(jī)齒之間會(huì)產(chǎn)生作用力，其切向分力產(chǎn)生的電機(jī)轉(zhuǎn)矩稱之為齒槽轉(zhuǎn)矩。進(jìn)而產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，影響電機(jī)性能，削弱齒槽轉(zhuǎn)矩具有重要意義。本文通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)獲取樣本空間，然后利用支持向量機(jī)進(jìn)行目標(biāo)函數(shù)的擬合，最后利用重心鄰域算法進(jìn)行優(yōu)化，獲得最優(yōu)參數(shù)值，進(jìn)行有限元仿真分析。

1 參數(shù)優(yōu)化

1.1 電機(jī)模型

本文以4極24槽的小功率PMSM作為研究對(duì)象，額定功率為0.55KW，額定轉(zhuǎn)速為1500rpm，部分電機(jī)參數(shù)如表1所示

參數(shù)名稱 數(shù)值

定子鐵心外徑 120

磁極厚度 4mm

轉(zhuǎn)子外徑 74mm

氣隙長(zhǎng)度 0.5mm

極弧系數(shù) 0.65

1.2利用正交試驗(yàn)法選取建模需要的樣本數(shù)據(jù)。本文需要優(yōu)化的四個(gè)參數(shù)變量分別為極弧系數(shù)、偏心距、氣隙長(zhǎng)度、磁極厚度，目標(biāo)函數(shù)為電機(jī)總損耗。其中每個(gè)參數(shù)變量取5個(gè)水平值，則總的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)共有625個(gè)。實(shí)驗(yàn)中的四個(gè)因素取值范圍分別為：極弧系數(shù)1.5-3.5mm、偏心距1-5mm、氣隙長(zhǎng)度0.5-1.5mm、磁極厚度1.5-3.5mm。根據(jù)因素和水平選取的個(gè)數(shù)選取L25（56）的正交實(shí)驗(yàn)表。

1.3 支持向量機(jī)回歸

支持向量機(jī)（Support Vector Machine，SVM）是Corinna Cortes和Vapnik等于1995年首先提出的一種在有限數(shù)據(jù)空間內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)的分類和回歸擬合的新型機(jī)器學(xué)習(xí)方法。

本文采用SVM回歸擬合功能并選用徑向基核函數(shù)，其方程為

1.4 重心鄰域算法

重心是指物體的質(zhì)量中心，在質(zhì)量密度較大的區(qū)域，各質(zhì)點(diǎn)到重心的“力矩”較短，在密度較小的區(qū)域，物體外形輪廓會(huì)有“凸起”，以產(chǎn)生較長(zhǎng) “力矩”，獲得重心周圍的力平衡[1]

GNCA 方法優(yōu)化步驟具體如下：

（1）確定基本條件：確定目標(biāo)函數(shù)，自變量及其取值范圍，種群規(guī)模及搜索范圍初始化。

（2）填充函數(shù)”預(yù)處理采用填充函：

（3）目標(biāo)函數(shù)搜索路徑：

（4）全局最優(yōu)鄰域。重心與全局最值的鄰域?yàn)?/p>

（5）種群規(guī)模和搜索范圍的進(jìn)化。

（6）全局最優(yōu)收斂條件：

當(dāng)式（6）成立則結(jié)束。

2 優(yōu)化分析

將優(yōu)化結(jié)果代入ansys分析優(yōu)化前和優(yōu)化后齒槽轉(zhuǎn)矩對(duì)比如圖1和圖2 所示。

由圖1，圖2對(duì)比表明經(jīng)過(guò)重心鄰域算法優(yōu)化后，齒槽轉(zhuǎn)矩具有一定量的降低，說(shuō)明該研究具有一定的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] Yang Qiwen，Liu Yan，Wang Shubin，et al.A method to locate neighborhood of global optimum[C]//Proceedings of the 2012 Eighth International Conference on Natural Computation.Chongqing，China：IEEE，2012：981-985.

[2] 宋俊材，董菲，等.基于重心鄰域算法的無(wú)鐵心永磁同步直線電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2017，37（12）3594-3601.

[3] 王群京，鞠魯峰，錢喆等. 支持向量機(jī)理論及其在復(fù)雜電機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]，微特電機(jī)，2010，（3）67-70