某型AUV对转电机子群协同多目标粒子群优化

摘要

某型自主水下航行器(AUV)需要一种高效、小质量的对转电机,同时要求电机在尾段密闭条件下可长时间航行.针对这一问题,从电机计算模型和多目标优化算法两方面,提出基于电磁-热耦合模型和子群协同的多目标粒子群帕累托最优(MOPSO)设计方法.该模型使用气隙磁场解析法进行电磁计算,使用等效热网络法计算电磁-热耦合情况下的电机温升.利用计算流体力学(CFD)方法计算旋转部件及航行器壳体的对流换热系数,以解决对流等效热阻计算不准确的问题.最后以效率和质量为优化目标,电机温升和几何条件及磁路磁密为约束条件,使用改进的MOPSO方法进行优化,并将优化结果与NSGA-Ⅱ算法优化结果进行比较,结果表明该方法能够获得更接近于真实帕累托前沿的解集,且解集分布性良好.制作样机后进行试验,功率、转速、效率、质量等指标均满足要求,且尾段密闭条件下5h负载温升符合要求.