[发明专利]一种超超高效感应电机的多目标鲁棒优化设计方法

说明书

本发明涉及一种超超高效感应电机的多目标鲁棒优化设计方法，与现有技术相比解决了难以实现超超高效感应电机鲁棒优化设计的技术不足。本发明包括以下步骤：基于转子斜槽、单双层不等匝低谐波绕组的超超高效感应电机电磁设计获取电机设计变量；基于田口试验确定电机优化变量且合理划分多目标优化子空间；基于DE算法及Pareto评价的确定性子空间多目标优化；基于蒙特卡洛抽样子空间的Pareto解集前沿建立组合近似模型；计及优化变量扰动下，电机的多目标性能及鲁棒性能评估。本发明电机鲁棒优化设计在提升电机多目标优化性能的同时，兼顾考虑了电机生产制造过程中各种不确定性因素的存在，注重提升电机的鲁棒性能。

技术领域

本发明涉及超超高效感应电机技术领域，具体来说是一种超超高效感应电机的多目标鲁棒优化设计方法。

背景技术

感应电机是一类重要的机电能量转换装置，是工业生产的主要动力来源，拥有结构简单、成本低、运行可靠和维护方便等优点。为了提高能源利用率，实现节能减排，开展超超高效感应电机设计的研究，意义重大。相关感应电机效率提升的研究主要集中于电磁方案设计以及电机多目标优化等。

定子绕组设计决定电机气隙磁场的波形，进而直接影响电机运行性能，如采用Y-△正弦绕组减小谐波磁动势，可减小杂散损耗与定子铜耗；改变定子各槽内导体数量，使定子电流沿铁芯更加接近于正弦分布的不等匝低谐波绕组，可有效降低气隙谐波对电机运行性能的不利影响，提升电机效率。

转子损耗在感应电机损耗中占比较大，为此，降低转子损耗已成为提高感应电机效率的重要技术手段。转子轴向斜槽，将V形双斜槽转子上下两部分再进行分割，所生成的W型新型斜槽转子，能够有效实现电机减振降噪。至于转子径向斜槽，不仅拥有转子轴向斜槽的优点，还可有效提升电机效率。此外，通过改变转子间距而形成的新型调制转子，不仅能够改进因斜槽引起的转子间交叉电流损失较大的不足，而且能够有效降低谐波的负面影响。

此外，感应电机在生产制造及使用过程中存在着多种不确定性，如安装制造误差，环境中温度、湿度变化等，都有可能引起电机设计值的偏离，直接影响电机效率、功率因数和转矩等关键性能指标，甚至会造成电机无法运行的情况。然而，现有的确定性多目标优化方法并未将这些不确定性因素纳入电机设计过程中，其一般倾向于将电机优化变量推向于某个确定的极值，以达到使电机目标性能最优，容易导致电机确定性多目标优化设计结果成为一个“高风险”设计，任何微小的不确定性或环境的变化都会导致设计的失效或失败。因此，亟需开展超超高效电机多目标鲁棒优化设计的研究，提升超超高效电机多目标性能的鲁棒性。

现有的鲁棒优化设计方案多是在考虑电机的多目标优化性能的基础上，将鲁棒性能设置为额外的限制条件或作为对优化目标的修正，先进行确定性多目标优化再实施鲁棒性能评估，实现电机的多目标鲁棒优化设计。然而，在电机多目标鲁棒优化设计过程中，需要尽可能将多种不确定性因素考虑在内，这就需要大量的采样，以评估当电机优化变量发生变化时，电机各项目标性能的变化情况。利用电机近似模型替代FEA模型可以节约计算时间，缩短电机设计周期，但对近似模型拟合精度要求较高，优化结果精确度完全取决于近似模型。

目前，电机优化设计中应用较为广泛的近似模型为响应面模型、Kriging模型及径向基函数。其中，多项式响应面近似模型建模较易，但是仅适用于低阶非线性系统。Kriging模型精度高，但建模时间较长，而且对噪声因素敏感。径向基函数近似模型综合性能最优，能够以较少的样本点拟合出精度较高的模型且拟合效率较高。综上述之，单一的近似模型存在拟合精度低、建模复杂等问题，而在电机鲁棒优化设计中，建立精确的近似模型至关重要，亟待深入研究。