基于组合代理模型的轮毂电机优化设计

摘要

环境污染与能源危机日趋严重，绿色出行逐渐成为人们生活理念。电动汽车具有污染小、能耗低的特点而广受欢迎。轮毂驱动式电动汽车因具有结构简单，传动效率高的特点，成为电动汽车发展方向之一。轮毂电机作为驱动系统核心部件而成为主要的研究对象，在电磁方案优化设计中控制器参数不变时，如何保证电机弱磁扩速与过载能力就成为需要研究的问题。本文以低速高转矩轮毂电机为研究对象，对上述问题进行研究，为提高轮毂电机性能提供方法依据。
　　本文首先以轮毂电机运行工况高频区与高效区重合为原则进行参数匹配，确定了电机额定参数与峰值参数。
　　其次，对较为关注的电机弱磁扩速特性、过载特性、损耗特性以及部分负荷特性，从本体参数与控制方式两个方面进行理论分析并对影响电机特性的本体参数如槽型参数、永磁体参数与绕组参数进行分析，得到其与电机性能之间的关系，并据此进行电机电磁方案初始设计。
　　再次，针对组合代理模型在权系数确定过程中存在着难以平衡全局误差与局部误差精度问题，讨论了几种考虑局部误差与全局误差的权系数求解方法，发现采用以RRMSE与RMAE加权最小的EG3MM代理模型在三个基准问题中能获得较小全局误差与局部误差。
　　最后，针对现有车用电机优化设计中未考虑优化前后电机控制器性能约束问题，本文采用提及的组合代理模型方法建立设计变量与决定电机弱磁扩速能力与过载能力的电感、永磁体磁链以及绕组相电阻之间的数学模型。在控制系统参数既定情况采用组合代理模型与NSGA-II结合进行以电机弱磁扩速能力与过载能力为约束，以电机效率及质量为目标的多目标优化。
　　优化结果表明考虑弱磁扩速与过载能力的优化设计较初始方案在大于85％电机效率区间范围提高11.56%，额定点效率提高1.8%，电机质量降低12.9%，虽然低速恒扭矩段过载能力下降4.7%，但弱磁率提高19.4%。

目录

第1章 绪论

1.1课题背景与研究意义

1.2轮毂电机技术及其优化的研究现状

1.3本论文的主要研究内容和方法

第2章 轮毂驱动式电动汽车电机参数匹配研究

2.1引言

2.2轮毂驱动式电动汽车基本构成与结构特点

2.3轮毂驱动式汽车电机特性要求与分析

2.4以电机运行高频区与高效区重合为原则的参数匹配

2.5本章小结

第3章 轮毂电机电磁方案设计研究

3.1引言

3.2永磁同步电机设计基本理论

3.3永磁同步电机本体参数与电机特性关系研究

3.4电机本体电磁方案初始设计

3.5本章小结

第4章 组合代理模型方法研究

4.1引言

4.2实验设计方法介绍

4.3代理模型及评价方式介绍

4.4组合代理模型构建及验证

4.5本章小结

第5章 基于组合代理模型轮毂电机优化

5.1引言

5.2基于组合代理模型与NSGA-II算法的轮毂电机优化设计

5.3结果讨论与分析

5.4本章小结

总结与工作展望

全文总结

工作展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间发表的学术论文目录

附录B 实验设计结果