本發(fā)明涉及一種機(jī)理驅(qū)動(dòng)的多工作模態(tài)混合勵(lì)磁電機(jī)優(yōu)化方法，屬于電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

背景技術(shù)：

1、面對(duì)全球氣候變化和能源危機(jī)的挑戰(zhàn)，發(fā)展可再生新能源是我國(guó)重要能源戰(zhàn)略。作為傳統(tǒng)燃油汽車的替代品，新能源汽車已成為推動(dòng)能源革新的重要選擇。我國(guó)在新能源汽車產(chǎn)業(yè)上布局較早，已形成行業(yè)群聚效應(yīng)，具有先發(fā)優(yōu)勢(shì)。持續(xù)研究新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)，推進(jìn)其功率密度、效率提升具有重要戰(zhàn)略意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

2、混合勵(lì)磁電機(jī)結(jié)合了電勵(lì)磁電機(jī)與永磁電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，其內(nèi)部同時(shí)存在永磁體與勵(lì)磁繞組。因勵(lì)磁繞組存在，混合勵(lì)磁電機(jī)調(diào)磁能力遠(yuǎn)強(qiáng)于永磁電機(jī)，該特性使其可在電機(jī)運(yùn)行過程中靈活調(diào)節(jié)磁場(chǎng)幅值?？朔擞来烹姍C(jī)調(diào)磁能力差，存在弱磁失敗風(fēng)險(xiǎn)的固有缺陷。但是，混合勵(lì)磁電機(jī)因勵(lì)磁繞組存在引入了額外的控制變量，這導(dǎo)致了其本身存在多種工作模態(tài)，這大大增加了其優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算復(fù)雜度，為該種電機(jī)方案快速尋優(yōu)帶來(lái)挑戰(zhàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種機(jī)理驅(qū)動(dòng)的多工作模態(tài)混合勵(lì)磁電機(jī)優(yōu)化方法，解決了因多工作模態(tài)導(dǎo)致的混合勵(lì)磁電機(jī)優(yōu)化耗時(shí)較長(zhǎng)且計(jì)算復(fù)雜的問題，提高混合勵(lì)磁電機(jī)優(yōu)化效率與方案尋優(yōu)速度。

2、本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：

3、一種機(jī)理驅(qū)動(dòng)的多工作模態(tài)混合勵(lì)磁電機(jī)優(yōu)化方法，包括如下步驟：

4、步驟1，針對(duì)混合勵(lì)磁電機(jī)定子勵(lì)磁繞組部分的非線性磁路結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，使用非線性磁阻反映鐵心飽和程度，得到非線性磁路模型；

5、步驟2，基于非線性磁路模型，分別給定電機(jī)增磁狀態(tài)和弱磁狀態(tài)下的勵(lì)磁繞組勵(lì)磁電流，通過迭代計(jì)算，得到增磁狀態(tài)和弱磁狀態(tài)各自對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁磁路等效開路磁壓降；

6、步驟3，基于增磁狀態(tài)和弱磁狀態(tài)各自對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁磁路等效開路磁壓降，構(gòu)建混合勵(lì)磁電機(jī)調(diào)磁指標(biāo)；

7、步驟4，對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子位于d軸位置時(shí)的混合勵(lì)磁電機(jī)電樞非線性磁路結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，得到d軸非線性磁路模型；

8、步驟5，迭代計(jì)算d軸非線性磁路模型，待電樞非線性磁路中的磁阻收斂，得到d軸磁路磁阻；

9、步驟6，基于d軸磁路磁阻和增磁狀態(tài)下的勵(lì)磁磁路等效開路磁壓降，構(gòu)建混合勵(lì)磁電機(jī)轉(zhuǎn)矩指標(biāo)；

10、步驟7，若調(diào)磁指標(biāo)和轉(zhuǎn)矩指標(biāo)同時(shí)優(yōu)化，則利用多目標(biāo)優(yōu)化方法得到調(diào)磁指標(biāo)和轉(zhuǎn)矩指標(biāo)分布下的多目標(biāo)優(yōu)化帕累托前沿，選取多目標(biāo)優(yōu)化下帕累托前沿解集，使用電磁有限元分析校驗(yàn)電機(jī)性能，基于電機(jī)性能校驗(yàn)結(jié)果，優(yōu)選混合勵(lì)磁電機(jī)幾何參數(shù)，完成混合勵(lì)磁電機(jī)優(yōu)化；

11、步驟8，若優(yōu)化調(diào)磁指標(biāo)和轉(zhuǎn)矩指標(biāo)中的其中一個(gè)，則利用單目標(biāo)優(yōu)化方法得到調(diào)磁指標(biāo)或轉(zhuǎn)矩指標(biāo)分布下的混合勵(lì)磁電機(jī)設(shè)計(jì)簇，對(duì)設(shè)計(jì)簇進(jìn)行排序，選取排序前n的設(shè)計(jì)簇，使用電磁有限元分析校驗(yàn)電機(jī)性能，基于電機(jī)性能校驗(yàn)結(jié)果，優(yōu)選混合勵(lì)磁電機(jī)幾何參數(shù)，完成混合勵(lì)磁電機(jī)優(yōu)化。

12、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述步驟1中，基于戴維南等效定理進(jìn)行建模。

13、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述步驟2中，基于非線性磁路模型，給定電機(jī)增磁狀態(tài)下的勵(lì)磁繞組勵(lì)磁電流，對(duì)勵(lì)磁繞組部分的非線性磁路進(jìn)行迭代計(jì)算，得到增磁狀態(tài)下勵(lì)磁磁路等效開路磁壓降；同理，得到弱磁狀態(tài)下勵(lì)磁磁路等效開路磁壓降。

14、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述步驟3中，調(diào)磁指標(biāo)的計(jì)算公式如下：

15、

16、其中，ueh表示增磁狀態(tài)勵(lì)磁磁路等效開路磁壓降，ufw表示弱磁狀態(tài)勵(lì)磁磁路等效開路磁壓降，fpm表示永磁磁動(dòng)勢(shì)。

17、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述步驟4中，采用磁動(dòng)勢(shì)—磁導(dǎo)方法進(jìn)行建模。

18、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述步驟6中，轉(zhuǎn)矩指標(biāo)的計(jì)算公式如下：

19、

20、其中，iq表示電機(jī)q軸電流，fpm表示永磁磁動(dòng)勢(shì)，ueh表示增磁狀態(tài)勵(lì)磁磁路等效開路磁壓降。

21、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述步驟7中，多目標(biāo)優(yōu)化方法為nsga-ii多目標(biāo)遺傳算法。

22、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述步驟8中，單目標(biāo)優(yōu)化方法為ga遺傳算法。

23、一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器，以及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中并能夠在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)所述的機(jī)理驅(qū)動(dòng)的多工作模態(tài)混合勵(lì)磁電機(jī)優(yōu)化方法的步驟。

24、一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)所述的機(jī)理驅(qū)動(dòng)的多工作模態(tài)混合勵(lì)磁電機(jī)優(yōu)化方法的步驟。

25、本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：

26、1、本發(fā)明采用簡(jiǎn)單的非線性磁路描述電機(jī)電磁場(chǎng)核心物理量，建立機(jī)理驅(qū)動(dòng)的混合勵(lì)磁電機(jī)核心物理量指標(biāo)空間描述方法，基于該種指標(biāo)空間描述方法可實(shí)現(xiàn)混合勵(lì)磁電機(jī)的多工作模態(tài)優(yōu)化，提高了混合勵(lì)磁電機(jī)優(yōu)化效率與方案尋優(yōu)速度。

27、2、本發(fā)明涉及的機(jī)理驅(qū)動(dòng)混合勵(lì)磁電機(jī)優(yōu)化方法具有易于實(shí)現(xiàn)、計(jì)算快速、優(yōu)化電機(jī)性能較傳統(tǒng)方法優(yōu)異、通用普適等優(yōu)點(diǎn)，體現(xiàn)出優(yōu)越的性能。

28、3、考慮到數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的混合勵(lì)磁電機(jī)優(yōu)化方法易受飽和、非線性與局部最優(yōu)干擾，本發(fā)明機(jī)理驅(qū)動(dòng)的優(yōu)化方法在計(jì)算復(fù)雜、多工作模態(tài)情況下可實(shí)現(xiàn)較數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化更優(yōu)異的性能；使用本發(fā)明方法優(yōu)化的電機(jī)性能更優(yōu)異。

技術(shù)特征：

1.一種機(jī)理驅(qū)動(dòng)的多工作模態(tài)混合勵(lì)磁電機(jī)優(yōu)化方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)理驅(qū)動(dòng)的多工作模態(tài)混合勵(lì)磁電機(jī)優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟1中，基于戴維南等效定理進(jìn)行建模。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)理驅(qū)動(dòng)的多工作模態(tài)混合勵(lì)磁電機(jī)優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟2中，基于非線性磁路模型，給定電機(jī)增磁狀態(tài)下的勵(lì)磁繞組勵(lì)磁電流，對(duì)勵(lì)磁繞組部分的非線性磁路進(jìn)行迭代計(jì)算，得到增磁狀態(tài)下勵(lì)磁磁路等效開路磁壓降；同理，得到弱磁狀態(tài)下勵(lì)磁磁路等效開路磁壓降。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)理驅(qū)動(dòng)的多工作模態(tài)混合勵(lì)磁電機(jī)優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟3中，調(diào)磁指標(biāo)的計(jì)算公式如下：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)理驅(qū)動(dòng)的多工作模態(tài)混合勵(lì)磁電機(jī)優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟4中，采用磁動(dòng)勢(shì)—磁導(dǎo)方法進(jìn)行建模。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)理驅(qū)動(dòng)的多工作模態(tài)混合勵(lì)磁電機(jī)優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟6中，轉(zhuǎn)矩指標(biāo)的計(jì)算公式如下：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)理驅(qū)動(dòng)的多工作模態(tài)混合勵(lì)磁電機(jī)優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟7中，多目標(biāo)優(yōu)化方法為nsga-ii多目標(biāo)遺傳算法。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)理驅(qū)動(dòng)的多工作模態(tài)混合勵(lì)磁電機(jī)優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟8中，單目標(biāo)優(yōu)化方法為ga遺傳算法。

9.一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器，以及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中并能夠在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述的機(jī)理驅(qū)動(dòng)的多工作模態(tài)混合勵(lì)磁電機(jī)優(yōu)化方法的步驟。

10.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述的機(jī)理驅(qū)動(dòng)的多工作模態(tài)混合勵(lì)磁電機(jī)優(yōu)化方法的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種機(jī)理驅(qū)動(dòng)的多工作模態(tài)混合勵(lì)磁電機(jī)優(yōu)化方法，該方法基于電機(jī)電磁場(chǎng)機(jī)理驅(qū)動(dòng)的混合勵(lì)磁電機(jī)分析方法，其采用簡(jiǎn)單的非線性磁路描述電機(jī)電磁場(chǎng)核心物理量，建立了機(jī)理驅(qū)動(dòng)的混合勵(lì)磁電機(jī)核心物理量指標(biāo)空間描述方法，基于該種指標(biāo)空間描述方法可實(shí)現(xiàn)混合勵(lì)磁電機(jī)的多工作模態(tài)優(yōu)化。本發(fā)明的混合勵(lì)磁電機(jī)優(yōu)化方法思路明確，操作簡(jiǎn)單。本發(fā)明涉及的機(jī)理驅(qū)動(dòng)混合勵(lì)磁電機(jī)優(yōu)化方法具有易于實(shí)現(xiàn)、計(jì)算快速、優(yōu)化電機(jī)性能較傳統(tǒng)方法優(yōu)異、通用普適等優(yōu)點(diǎn)，體現(xiàn)出優(yōu)越的性能。

技術(shù)研發(fā)人員：吳中澤,張文韜,花為
受保護(hù)的技術(shù)使用者：東南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/4