[发明专利]一种开关磁阻电机减振降噪优化设计方法

权利要求书

1.一种开关磁阻电机减振降噪优化设计方法，其特征在于：在开关磁阻电机的设计阶段，利用敏感性分析得到影响电机性能的主要设计参数，通过模式搜索算法以及折中妥协决策法算法寻找开关磁阻电机设计参数最佳化妥协解，并根据振动特性调整电机定子设计参数。此方法不仅以效率为主要优化目标，还将转矩脉动和最大径向力考虑在内。该方法实现步骤如下：

步骤一：初选电机优化设计参数及范围；几何设计参数主要包括转子轴半径(r_sh)、转子外半径(r_r)、定子外半径(r_s)、转子极弧角(b_r)、定子极弧角(b_s)、转子磁轭厚度(h_ry)、定子磁轭厚度(h_sy)、转子磁极宽度(w_rp)、定子磁极宽度(w_sp)、气隙长度(g)和硅钢片的堆叠长度(L_stk)，其中参数r_s、r_r和L_stk是电机功率密度的关键因素，将初始值±5％的变化视为优化范围；

步骤二：高斯过程回归分析建立开关磁阻电机非参数模型；由高斯过程回归分析多元正态分布方程得到后预验值，进一步计算后平均值，后平均值即可视为高斯过程回归分析的解，由此得到开关磁阻电机非参数模型；

步骤三：归一化均方根误差进行建模误差量化，若不满足误差范围则重复步骤二的高斯回归分析；

步骤四：求解一阶敏感度指标和全局敏感度指标；在步骤二建立开关磁阻电机模型的基础上，可以求解出设计参数对电机性能的一阶敏感度指标和全局敏感度指标；

步骤五：根据步骤四的结果确定主要优化参数和优化目标，在高斯过程回归分析建模的基础上运用模式搜索算法进行多目标优化；首先设置模式搜索算法的初始点数、网格大小和最大迭代次数等相关参数，并通过拉丁超立方体采样生成初始数据；其次基于生成的初始数据和网格尺寸创建网格点；然后在一个模式下轮询所有网格点，轮询成功则代替当前点并将网格尺寸扩大二倍，轮询失败则保持当前点并将网格尺寸缩小一半；当所有模式均轮询成功，则结束模式搜索算法，更新帕累托最优解集；

步骤六：利用折中妥协决策法寻找开关磁阻电机设计参数最佳化妥协解；首先将步骤五得到的帕累托集作为J个解与n个目标函数的决策矩阵，根据决策矩阵定义最优值f_i^*与最劣值f_i^-；分别计算出群体效益值S_j，个别遗憾度R_j计和决策方案的折中值Q_j；指标值Q_i越小方案越优；根据S、R、Q的值降序排列解的值；最佳解a'需同时满足下式，且也是S、R的最优解；

式中a”是Q的排名列表中的第二个最佳(最小)解决方案；

步骤七：计算开关磁阻电机的本征频率；首先计算平均半径r_avg，其次计算考虑定子极和绕组的纠正参数Δ_mass，于是在mode 0和下电机的本征频率f₀和f_n可以计算得到；

步骤八：结合振动分析调整定子设计参数；首先基于步骤六本征频率的计算结果，计算开关磁阻电机的临界速度n_c，基于临界速度调整定子轭厚度的表达式为：

式中，f_h为临界转速下径向力的谐波频率平均值；f_e为开关磁阻电机在mode 4下的本征频率。

2.根据权利要求1所述的一种开关磁阻电机减振降噪优化设计方法，其特征在于，计算一阶敏感度指标和全局敏感度指标，并通过高斯过程回归分析求解，得到影响电机性能的主要设计参数。

3.根据权利要求1所述的一种开关磁阻电机减振降噪优化设计方法，其特征在于，计算归一化均方根误差，定量分析权利要求1所述开关磁阻电机设计参数敏感性分析误差大小。

4.根据权利要求1所述的一种开关磁阻电机减振降噪优化设计方法，其特征在于，运用模式搜索算法进行多目标优化。