【摘 要】
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波浪能作为一种绿色、可再生、可利用总量庞大的能源,已受到各界广泛的关注。双定子圆筒型永磁直线电机兼具结构简单、响应快、功率高等优势,十分适合应用于波浪能发电。然而,其推力波动过高的问题,影响了运行平稳性。针对这一问题,本文以混合分块励磁式双定子圆筒型永磁直线电机为研究对象,分别提出新型高效、低时耗的迭代式小样本多目标优化（Iterative Few-sample Multi-objective O
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波浪能作为一种绿色、可再生、可利用总量庞大的能源,已受到各界广泛的关注。双定子圆筒型永磁直线电机兼具结构简单、响应快、功率高等优势,十分适合应用于波浪能发电。然而,其推力波动过高的问题,影响了运行平稳性。针对这一问题,本文以混合分块励磁式双定子圆筒型永磁直线电机为研究对象,分别提出新型高效、低时耗的迭代式小样本多目标优化（Iterative Few-sample Multi-objective Optimization Method,IFMO）方法与约束空间小样本多目标优化方法,使其在充分发挥高功率优点的同时,最大限度地降低推力波动。论文的主要工作如下:（1）将混合励磁式永磁体阵列应用于双定子圆筒型永磁直线电机。该永磁体阵列混合使用铁氧体和钕铁硼两种材料,能在不影响电机性能表现的前提下,降低生产难度,并提高抗退磁能力。（2）提出迭代式小样本多目标优化方法。以迭代田口法为基本框架,加入广义回归神经网络（Generalized Regression Neural Network,GRNN）建立连续代理模型,改善迭代田口法受限于在离散集合中选取最优解、精度低下的缺陷;并采用速度约束粒子群优化算法（Speed-constrained Multi-objective Particle Swarm Optimization,SMPSO）和滑动窗口加权平均（Exponentially Weighted Moving Average,EWMA）求出符合设计要求的最优解。该方法充分发挥迭代田口法样本需求小的优点,相比基于有限元模型的传统优化方法,节约了90%的有限元仿真计算用时,且优化结果更为精确。（3）通过有限元仿真,计算了采用不同拓扑和不同方法优化的双定子圆筒型永磁直线电机的效率、功率、齿槽力等性能指标,与优化后的分块励磁式双定子圆筒型永磁直线电机进行对比分析。结果表明,相比传统的无分块拓扑圆筒型永磁直线电机,IFMO所优化电机电压总谐波失真率降低9.0%,齿槽力降低50.4%,而平均推力、输出电压和效率几乎没有损失。（4）基于优化结果制造了样机,并通过实验平台测量了电机的齿槽力和电压输出,验证了有限元仿真结果的准确性。（5）讨论了约束空间下的小样本多目标优化方法。通过改进的拉丁方试验设计实现约束空间下的均匀取样,再利用RRelief F算法评价各个待优化参数的重要性,并据此将重要性不同的参数划分为若干层级。使用高斯过程回归、响应面和加点准则等不同策略分别对不同层级参数进行优化,从而得到约束空间下的最优设计。该方法较于IFMO,样本需求增加88个,但实现了对约束空间下优化问题的支持,且优化后电机齿槽力进一步降低16.0%。
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