基于Taguchi模糊推理方法的永磁同步直线电机多目标优化设计研究
本文选题：永磁同步直线电机 + 推力波动 ； 参考：《安徽大学》2017年硕士论文
【摘要】：本文以应用于微秒激光雕刻机中的永磁同步直线电机作为研究对象,针对其存在的多目标优化设计问题,从电机本体结构出发,提出一种Taguchi模糊推理优化方法,实现了电机的多目标优化设计,提高了电机的运行性能。双次级空心式永磁同步直线电机(PMSLM)因其直驱方式、结构简单、不受齿槽效应和铁芯开断的特点,具有推力体积比较大、响应时间较短、运行损耗较低等优点,可以兼顾大行程高速运动及微纳米级的动态精度,在高精密高速数控加工领域具有广阔的应用前景。然而PMSLM也有其自身的缺点,因为空间谐波和推力波动等问题的存在,易引起PMSLM的振动和噪音,降低动子的定位精度,严重影响其运行性能,易在加工过程中增加工件的划痕和粗糙度,需要从电机的本体结构出发,进行结构参数的优化设计,确定—组最优的电机结构参数组合,在保持平均推力基本不变的情况下,同时降低其推力波动和谐波含量,以提高电机的运行性能,提高产品的精加工品质。PMSLM的优化设计方法可以总结归纳为以下几类:一种是基于等效磁化电流、等效磁化强度等方法,在理想的假设条件下,对电机的电磁机理进行解析分析,推导出结构参数与运行性能之间的解析表达式,进而应用智能算法进行迭代寻优,根据优化结果反解出最优的结构参数组合,此类方法由于假设条件过多、智能算法自身局部最优的限制,使得结果精确度大大降低;一种是有限元电磁分析方法(FEA),通过计算机内ANSYS或ANSOFT等有限元软件的辅助,经过数百组甚至千组模型的建立和运行计算,挑选出一组最佳的参数,有限元方法虽然计算精确度高,但是计算效率低,耗时巨大,无法满足多目标多参数优化设计中的数据量较大的要求;另一种是在FEA的基础上进行改进,通过实验设计手段,以最小的实验次数获得最优的实验结果,例如Taguchi稳健性优化方法,但是该方法更适用于单目标优化,随着优化目标数量的不断增加,多个目标之间的冲突和制约情况更加明显,导致最后优化结果的精确度降低。以上方法,应用于PMSLM的多目标优化设计当中,仍然存在着一定的问题。本文主要工作有:1、根据微秒激光雕刻机的性能要求,设计了一种双次级无铁芯永磁同步直线电机,在设计的基础上,通过等效磁化强法,对PMSLM的各项运行性能指标进行了详细的解析化分析,确定影响PMSLM运行性能的主要结构参数;2、根据主要结构参数的空间取值范围,建立电机有限元模型,验证有限元计算的正确性和应用于电机优化时的缺点;3、引入Taguchi方法,通过正交实验设计,达到了以最小有限元计算次数获得最优化实验的结果,使得计算效率提高了98.43%,分析了该方法更适用于PMSLM本体结构的单目标优化设计,无法满足PMSLM多目标优化设计要求的原因;4、详细对比了以上方法的优缺点,引入模糊推理方法,对传统Taguchi方法进行改进,引入Mandami模糊推理机和高斯隶属度函数进行模糊化,采用重心法进行解模糊,得到了一个电机的"多性能参数指标",将电机的两个性能参数转化为一个性能参数,成功地解决了多个目标之间的制约性以及冲突性问题,实现了PMSLM的多目标优化设计。通过仿真实验结果和样机实验结果的对比分析,验证了该方法的有效性和先进性,为PMSLM的逆向精细化多目标优化设计提供了一种新的方法。
[Abstract]:This paper presents a method for optimizing the motor ' s multi - objective optimization design by using the permanent magnet synchronous linear motor used in the microsecond laser carving machine as the research object , and proposes a method for optimizing the multi - objective optimization of the motor . This paper presents a new method to optimize the performance of PMSLM . By using the method of gravity center , the paper designs a double - secondary coreless permanent magnet synchronous linear motor , which can not meet the requirement of PMSLM .
【学位授予单位】：安徽大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP18
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，本文编号：1772209
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