多目标混合遗传算法在永磁电机优化设计中的应用

摘要

永磁电机具有效率高、调速范围宽、转矩密度高、结构紧凑和响应快速等优点，在电动车驱动系统得到广泛应用，因而研究电动车用永磁电机的优化设计非常必要。然而，电机的优化设计是带有多参数变量、多约束条件、多目标函数以及结果多峰值的复杂非线性优化问题，且在优化过程中需考虑的要素众多，使其在许多方面仍然存在着不够完善与尚未解决的问题，尤其是在电机优化设计中搜寻全局最优解问题，对电机设计人员而言一直是一个挑战。本文以电动车用永磁电机为研究对象，分别利用田口法、遗传算法以及由两者结合而成的混合遗传算法对永磁电机进行优化设计，论文主要工作如下：
　　首先，根据电动车用永磁电机的性能要求，对永磁电机定、转子结构形式进行初步设计，介绍了永磁电机的数学模型及永磁磁链、dq轴电感等参数对电机性能的影响，分析了提高永磁电机弱磁扩速能力的措施。
　　其次，采用田口法与有限元软件相结合对永磁电机的结构进行了优化设计，以最少的实验次数实现永磁电机的多因子多目标优化设计，大大提高了电机优化的效率；详细分析了田口法在电机优化设计时的实现过程；通过对优化因子变化范围的合理选取，分析因子变化对各性能指标的影响及影响所占的比重，最终得到多目标优化设计各优化因子的最佳组合；仿真结果验证了田口法在永磁电机优化设计中的有效性。
　　最后，详细研究了遗传算法（GA）在永磁电机优化设计中的应用；针对遗传算法在优化设计中存在的问题，提出一种由田口法和遗传算法结合而成的多目标混合遗传算法（HGA），对于遗传算法收敛速度慢的缺陷，采用田口法来确定遗传算法的参数，并且利用田口法对GA优化方案进一步优化，以克服GA在后期易陷入局部极值点的缺陷；对比研究了电机的初始设计、田口优化方案、GA优化方案以及 HGA优化方案的各性能指标，验证了所提的多目标混合遗传算法的有效性及实用性。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究的背景及意义

1.2 电动车用永磁同步电机的国内外研究现状

1.3 永磁电机优化设计方法的发展现状及趋势

1.4 本文主要研究内容

第2章 永磁电机的初步设计

2.1 电动车用永磁电机的性能要求

2.2 永磁电机的结构

2.3 永磁同步电机参数优化

2.4 内置式分数槽集中绕组永磁同步电机

2.5 本章小结

第3章 田口法在IPMSM优化设计中的应用

3.1 田口法简介

3.2 基于田口法的IPMSM优化设计

3.3 本章小结

第4章 混合遗传算法在IPMSM优化设计中的应用

4.1 遗传算法简介

4.2 基于遗传算法的IPMSM优化设计

4.3 基于混合遗传算法的IPMSM优化设计

4.4 优化结果对比

4.5 本章小结

第5章 结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢