基于改进TO算法的内置V型永磁同步电机转矩脉动抑制研究

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随着永磁材料及相关电机控制技术的发展,永磁同步电机因为具有结构简单、维护方便和能量密度高等众多优点,在工业控制领域和电动汽车上有着十分广泛的应用。由于永磁同步电机使用永磁体励磁且电源激励具有非线性,激励电流和气隙磁密的谐波会导致电机产生大量谐波转矩,同时,在没有电流激励时,永磁体和定子齿之间相互作用,也会产生齿槽转矩,齿槽转矩和谐波转矩会使电机的输出转矩产生脉动,对于需要高精度控制和长时间工作的永磁同步电机来说,转矩脉动的削弱成为了一个必须考虑的问题。为了削弱永磁同步电机的转矩脉动,针对电机的机械结构参数进行优化是一种简单有效的方法。由于各结构参数对电机性能指标的影响具有强耦合和非线性等特点,因此得到性能指标和结构参数之间的准确数学关系十分困难,为了加快电机的设计流程,选用合适的插值方式和智能优化算法对电机进行性能优化是一项有意义的工作。本文首先利用电磁场有限元分析方法对一台内置V型永磁同步电机建立仿真模型分析,得出对电机齿槽转矩和电磁转矩脉动影响较大的结构参数,并重点研究几项参数对齿槽转矩、电磁转矩脉动、气隙磁密分布和输出转矩平均值的影响;随后,引入仿推特优化算法(TO)并分析该算法的实现理论,对比分析了算法中不同参数的取值对其收敛性能的影响。针对TO算法在收敛过程中存在平台期过长的问题,在原有TO算法的基础上增加“模仿”环节,给出了新的解向量更新方式,提出了收敛速度更快的改进TO算法;最后,利用正交试验和支持向量机回归方法(SVR)完成了对目标函数的拟合,将目标函数带入改进TO算法中进行优化,并与优化前的转矩性能进行对比,经过改进的参数组合可以在一定程度上削弱齿槽转矩,降低输出转矩脉动程度,提高转矩性能。
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