基于重心领域最优估计算法的双次级永磁同步直线电机优化设计

摘要

双次级永磁同步直线电机由于结构简单、响应速度快、定位精确等优点，在数控机床上的应用前景广阔。但是直线电机的结构变化对电机的推力和电流影响较大，为了提高直线电机的推力品质，在工程实践中得到高性能的直线电机，对其结构参数进行优化是非常有必要的，因此近年来对直线电机的优化也成为一种新的研究方向。传统的优化方法一般都是一些局部搜索的方法，容易陷入局部最小，经常出现一些早熟收敛现象。本文主要是针对双次级永磁同步直线电机，使用了多支持向量机融合建模的方法，然后采用重心邻域最优估计算法对双次级永磁同步直线电机的结构参数进行优化，并与其他算法的优化结果进行比较，对电机的结构进行了深层次的探索。主要研究内容有以下几个方面:
　　一、双次级永磁同步直线电机优化算法选取
　　在双次级永磁同步直线电机的设计优化过程中，如何选择一组最优的参数值获得性能最佳的电机，搜索过程计算量特别大，是需要解决的一大问题。为了实现对全局最优的快速搜索，预先估计全局最优所处的范围十分关键，本文引入重心邻域估计搜索算法，通过重心定位变换函数的空间，构造一个范围不断缩小的重心邻域，使得函数重心值逐步逼近最优值。
　　二、填充函数的构造
　　在全局优化的过程中，为了防止早熟收敛现象，需要对目标函数进行填充平滑处理，以避免出现局部最优解，实现全局最优搜索。函数填充技术的基本思想是通过“填平”局部极值区域来避免算法的局部收敛，但是构造理想的填充函数十分困难，通过引入填充调控因子，设法获得一个新的填充函数，避免因快速收敛而造成全局最优“越狱”出搜索区域范围。
　　三、重心邻域估计算法在双次级永磁同步直线电机优化中的应用
　　针对双次级永磁同步直线电机优化问题的具体特点，应用重心邻域估计算法对直线电机进行优化，能以较小的计算代价，将搜索范围准确定位在全局最优的一个邻域范围内，且收敛速度较快，精度高。同时采用遗传算法对双次级永磁同步直线电机的结构参数进行优化，将重心邻域估计算法优化得到的结果与遗传算法优化得出的结果进行比较，证明重心邻域估计算法应用于直线电机结构优化的优越性。
　　综上所述，本文使用多支持向量机融合方法对双次级永磁同步直线电机进行建模，采用重心邻域估计算法对电机结构参数进行了优化，得出性能最佳的一组参数，并与采用遗传算法进行优化得出的结果进行比较，表明了重心邻域估计算法优化结果优于遗传算法优化，用于双次级永磁同步直线电机结构参数优化是可行的。

目录

声明

摘要

图目录

表目录

第1章 绪论

1．1 课题的研究意义

1．2 国内外现状

1．2．1 国外直线电机发展与应用

1．2．2 国内直线电机研究现状

1．3 本文研究的主要内容

第2章 直线电机建模及优化共性问题分析

2．1 直线电机建模分析

2．2 直线电机在优化中的难点分析

2．2．1 优化的目标参数和目标函数

2．2．2 优化过程中的全局问题和局部问题

2．2．3 优化的计算效率和计算精度

2．3 本章小结

第3章 双次级永磁同步直线电机结构及模型建立

3．1 直线电机的结构及工作原理

3．1．1 有限元模型及实验验证

3．1．2 样本空间的建立

3．2 直线电机模型的建立

3．2．1 支持向量机简介

3．2．2 多支持向量机融合建模

3．3 模型的检验

3．3．1 精度及泛化能力分析

3．3．2 计算效率比较

3．4 本章小结

第4章 双次级永磁同步直线电机优化要求

4．1 双次级永磁同步直线电机优化设计的基本思路

4．2 直线电机最优化方法概述

4．3 双次级永磁同步直线电机优化算法的选取

4．4 本章小结

第5章 基于重心邻域估计算法的双次级永磁同步直线电机参数优化

5．1 重心邻域估计算法的简介

5．1．1 传统的重心邻域估计算法分析

5．1．2 算法存在的问题及改进思路

5．2 填充函数的构造

5．3 算法有效性验证

5．4 重心邻域算法对双次级永磁同步直线电机参数优化

5．4．1 参数优化过程

5．4．2 优化结果分析

5．5 本章小结

第6章 基于遗传算法的双次级永磁同步直线电机参数优化

6．1 遗传算法的简介

6．2 遗传算法对双次级永磁同步直线电机参数优化

6．3 优化结果仿真分析

6．4 优化算法的比较

6．4．1 本文采用的算法比较

6．4．2 本文所用算法与其他算法的区别

6．5 本章小结

第7章 总结与展望

7．1 本文完成的主要工作

7．2 工作展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文