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原文传递参数扰动下永磁电机鲁棒设计与多目标优化研究

论文题名：	参数扰动下永磁电机鲁棒设计与多目标优化研究
关键词：	电动汽车;内置式永磁电机;多目标优化;转矩脉动
摘要：	驱动电机作为电动汽车的核心动力部件，其性能的优劣直接决定着电动汽车的整车性能。优化，作为获得电机性能提升与改善的有效技术手段，已经在电机领域中获得了广泛关注。然而，面对高性能驱动电机严苛的性能需求，电机的性能目标趋于多样化，而随着新型电机拓扑结构的不断涌现、提升与改进，电机结构参数的数量也逐渐增加。此外，在电机的全生命研发周期中，电机的加工制造过程中存在着多种不确定性因素，而这将进一步促使电机的优化设计研究朝着高维化、可靠化的方向发展。因此，如何将电机加工制造过程中各种不确定性因素融入至电机的优化设计中，有效实现电机性能的综合权衡与提升，是当前电机领域的研究热点与热门方向，具有重要的研究意义。　　基于此，本文以一种内置式永磁电机为研究对象，提出一种考虑参数扰动的永磁电机多目标鲁棒优化设计方法。其中，在对该电机进行初始设计及深入分析多设计参数模型的基础上，引入变量降维的设计思想，旨在实现关键设计参数的有效筛选。并且，在此基础上，分别对电机进行了多目标优化研究和考虑参数扰动的鲁棒多目标优化研究，为电机的综合性能较优提供有益支撑。具体研究内容包含以下方面：　　1.研究了永磁电机多变量模型和参数降维设计方法，分析了设计参数对电机性能的影响程度，揭示了参数降维设计对于电机优化的重要性。以一台内置式永磁电机为优化设计案例，对其进行了设计参数降维，确定了主导电机性能的主要设计参数。　　2.将转矩、转矩脉动以及铁耗作为优化目标，构建了用于代替实际有限元仿真的克里金插值模型，基于该模型对电机进行了基于非支配排序遗传算法的确定性多目标优化设计，得到了电机在确定性多目标优化下的结构尺寸。　　3.引入了考虑参数扰动下电机鲁棒性优化设计概念，提出了电机在考虑参数扰动下的一次加工成功率计算方法，并基于此提出了一种参数扰动下的电机多目标鲁棒优化设计方法，并通过克里金代理模型的建立和蒙特卡洛分析，基于非支配排序算法，确定了电机在考虑参数扰动下的最优设计方案，其中包括确定的电机结构尺寸和相应设计参数的允许偏差。　　4.将两种优化设计方法下得到的不同优化结果进行了对比分析，从电磁性能和电机在参数扰动下的鲁棒性能两个方面，对电机的转矩、转矩脉动、铁耗以及考虑到参数扰动下的电机性能波动情况及电机合格率进行了对比分析，验证了在保证满足永磁电机设计需求的情况下，本文提出的优化设计方法优于基于非支配遗传算法的确定性多目标优化设计方法。　　5.加工了样机，搭建了实验测试平台，通过对实验样机反电势、稳态转矩以及谐波分布情况等的测量以及分析，验证电机设计以及优化过程的合理性以及正确性。
作者：	杨晋
专业：	控制科学与工程
导师：	朱孝勇
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2021