一种槽口永磁型混合励磁电机优化模型建立方法及系统

本发明涉及混合励磁电机领域，特别是一种槽口永磁型混合励磁电机优化模型建立方法及系统。

背景技术：

1、在电机技术领域，永磁电机由于其结构简单、体积小、重量轻、损耗小、效率高等优点，经常作为电力推进系统的核心部件，但采用永磁体励磁导致无法灵活调节和控制磁场。相对而言，电励磁电机则具有良好的调节性能和灵活性，通过改变励磁电流，可以实现对电机性能的调节，但电励磁电机的功率密度较低，增大励磁电流会带来严重的定子轭部饱和和直流偏置效应，目前针对电机优化设计的研究主要集中在永磁电机、双馈风力发电机和开关磁阻电机等方向，而对槽口永磁型混合励磁电机的优化设计还没有进行深入研究。在电机优化建模的方法方面，主要使用有限元法和解析法。有限元法通过使用ansys等有限元仿真软件建立电机仿真模型，通过改变电机结构参数来建立多目标参数优化模型，寻找最优的结构参数组合。然而，有限元仿真方法耗时较长，特别是当建模数据较多时，仿真工作量会很大。解析法则基于理想的电磁条件和边界环境假设，使用麦克斯韦经典电磁方程组推导电机性能的主要参数，建立优化目标的数学模型。解析法具有实时性要求，但是由于基于理想条件假设，精确度较低，因此在后续优化过程中可能无法得到全局最优结构。

2、本发明在电励磁双凸极电机的结构上在定子槽口放置永磁体来缓解直流偏置饱和从而增大电机功率密度，形成了槽口永磁型混合励磁电机。该电机在满足调磁灵活的同时，具有较高的功率密度、较好的动态响应和更高的效率，在航空航天、风力发电、新能源汽车方面有广泛的应用前景。目前对于槽口永磁型混合励磁电机的优化设计研究尚不深入，对于电机优化建模方法，有限元法虽然精度高但耗时大，解析法虽然实时性好但精度较低。在未来的研究中，可能需要寻找更有效的建模方法和优化算法，以实现对槽口永磁型混合励磁电机的深度优化设计。

技术实现思路

1、鉴于现有的槽口永磁型混合励磁电机优化模型建立方法及系统中存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明所要解决的问题在于针对电机优化设计的研究主要集中在永磁电机、双馈风力发电机和开关磁阻电机等方向，且电励磁电机的功率密度较低，增大励磁电流会带来严重的定子轭部饱和和直流偏置效应。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

4、第一方面，本发明实施例提供了一种槽口永磁型混合励磁电机优化模型建立方法，其包括，利用有限元软件建立槽口永磁型混合励磁电机有限元模型并初步确定所建黑盒模型的输入参数和输出参数，使用敏感度分析方法选取对输出参数影响较大的输入参数；对所选的输入参数值给出变化区间，使用拉丁超立方抽样方法在此区间内抽取输入参数数据，并由所建的有限元模型提供相应输出参数数据，对所有的数据进行归一化处理，将数值映射到[0,1]的范围；利用改进的径向基函数神经网络rbfnn模型拟合数据，根据数据点的离群程度调整径向基半径宽度；将数据按照比例分为训练集和测试集，其中训练集作为输入参数，设定的优化目标作为输出参数，建立电机优化模型，通过测试集检验建立的电机优化模型的准确度；引入序贯抽样思想，设置一定初始样本数目进行拟合，若测试集检验的模型准确度达不到要求，则逐次添加样本数据并重复上述步骤直至准确度达到要求。

5、作为本发明所述槽口永磁型混合励磁电机优化模型建立方法的一种优选方案，其中：所述模型的输入参数包括定子极宽系数、转子极宽系数、转子内径、定子轭厚、永磁体厚度以及转子极高。

6、作为本发明所述槽口永磁型混合励磁电机优化模型建立方法的一种优选方案，其中：所述模型的输出参数包括输出功率、电枢铜耗、定子槽面积、容错性能、输出转矩以及转矩脉动。

7、作为本发明所述槽口永磁型混合励磁电机优化模型建立方法的一种优选方案，其中：在rbfnn中引入局部离群因子lof，通过计算数据点的离群分数使用线性插值，将离群分数映射到给定rbf宽度，自适应的调整rbf半径宽度。

8、作为本发明所述槽口永磁型混合励磁电机优化模型建立方法的一种优选方案，其中：引入局部离群因子(lof)的改进rbfnn模型包括以下步骤：

9、对于样本数据中的任意两点xi，xj用d(xi，xj)表示两点的空间距离，计算对于点xi的第k距离，其定义如下：

10、dk(xi)＝d(xi，xj)

11、并且满足：

12、在集合中至少有不包括xi在内的k个点xj’∈c{xj’≠xi}，满足d(xi，xj’)≤d(xi，xj)；

13、在集合中至少有不包括xi在内的k-1个点xj’∈c{xj’≠xi}，满足d(xi，xj’)<d(xi，xj)；

14、计算xj到xi的可达距离

15、计算点xi的局部可达密度其表达公式为：

16、

17、其中，为k个近邻的数据点的集合。

18、可得局部离群因子其表达公式为：

19、

20、作为本发明所述槽口永磁型混合励磁电机优化模型建立方法的一种优选方案，其中：所述归一化处理具体使用线性归一化方法或z-score归一化方法，将数值映射到[0,1]的范围。

21、作为本发明所述槽口永磁型混合励磁电机优化模型建立方法的一种优选方案，其中：引入实验设计的序贯抽样思想，不预先规定所使用的样本数量，而是先使用少量样本进行拟合，根据模型精度评估结果逐次增加样本数量，直至达到精度要求。

22、第二方面，本发明实施例提供了一种槽口永磁型混合励磁电机优化模型建立系统，其包括：

23、仿真模型构建模块：建立槽口永磁型混合励磁电机有限元模型并初步确定所建黑盒模型的输入参数和输出参数，使用敏感度分析方法选取对输出参数影响较大的输入参数。

24、数据设定模块：对所选的输入参数值给出变化区间，使用拉丁超立方抽样方法抽取输入参数数据，并由所建的有限元模型提供相应输出参数数据。

25、优化模型建立模块：利用改进的径向基函数神经网络模型拟合数据，根据数据点的离群程度调整径向基半径宽度；将数据按照比例分为训练集和测试集，其中训练集作为输入参数，设定的优化目标作为输出参数，建立电机优化模型，通过测试集检验建立的电机优化模型的准确度。

26、循环模块：依据序贯实验思想，设置一定初始样本数目进行拟合，若测试集检验的电机模型准确度达不到要求，则逐次添加样本数据并重复上述模块直至准确度达到要求。

27、第三方面，本发明实施例提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其中：所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的槽口永磁型混合励磁电机优化模型建立方法及系统的任一步骤。

28、第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中：所述计算机程序被处理器执行时实现上述的槽口永磁型混合励磁电机优化模型建立方法及系统的任一步骤。

29、本发明的有益效果为在通过序贯抽样思想和拉丁超立方抽样方法缩减样本数量后，采用径向基函数神经网络rbfnn进行训练建模，使用rbfnn对电机结构参数与优化目标之间的复杂非线性关系进行拟合，建立电机全局优化模型，相较于传统的有限元仿真计算，使用代理模型计算周期和优化效率都极大提升；同时，这种建模方法对电机本身解析模型的依赖性较低，可以广泛的适用于其他电机。依据槽口永磁型混合励磁电机转子结构简单，定子槽结构复杂，空间利用要求高的特点，综合考虑定子槽面积分配带来的影响，将定子槽面积作为优化目标考虑因素，便于后续相似电机在槽面积分配时提供合适的区间。