一种开关磁阻电机多目标优化方法
电动车用开关磁阻电机设计与优化方法
电动车用开关磁阻电机设计与优化方法摘要：随着人们生活水平日益提高，人均汽车占有量大幅度提升，传统汽车产生的尾气对环境造成了严重威胁，因此发展绿色交通工具成为当今社会的一个热点话题。
电动汽车具有噪音低、无污染和能源利用率高等特点，是比较理想的交通工具。
近年来电力电子技术不断发展，微电子、电机学、现代计算机技术和控制理论也开始完善，这都促使开关磁阻电机系统得到了飞速的发展。
目前已成功应用于电动车用驱动系统、家用电器、高速驱动、泵及风机等众多领域中，创造了巨大的经济效益，是直流电机调速系统、交流电机调速系统、无刷直流电机调速系统强有力的竞争者。
关键词：开关磁阻电机；设计；优化目前国家正大力发展新能源技术，电动车因势而起，得到了快速的发展，电动车作为一种新兴的代步用车，不仅绿色环保而且在未来有极大的发展潜力。
目前电动车驱动电机主要有永磁电机、异步电机、直流电机等。
作为一种新型电机，开关磁阻电机SRM由于其结构简单、制造成本低、调速范围宽、控制灵活且效率高等优点，与传统的电动车驱动电机相比有较大的竞争力，而且能满足电动车起动转矩大、起动电流小的需求，所以在电动车驱动领域中有较大的发展潜力。
一、开关磁阻电机基本原理开关磁阻电机依靠定、转子之间磁阻变化运行，当给定子其中一相绕组通电时，若定子极轴线和转子极轴线不重合，就会有磁阻力作用在转子上，使转子运动，直到两者轴线重合，磁阻力消失，在惯性作用下继续旋转一定角度，然后换相邻绕组通电，使转子继续转动[1]。
如图。
图中定子极上为定子线圈，标有箭头的绕组表示该相绕组通电，虚线表示磁力线，转子起动前的转角为0°。
在初始位置，A 相绕组通电，在磁力的作用下，距 A 相最近的转子极受力开始逆时针转动，使磁阻变小，转子旋转到5°，又旋转了10°，直到15°为止，转子不再转动，此时磁路最短。
为了使转子继续转动，必须在转子不受力时切断 A 相电源，同时接通 B 相，于是 B 相产生磁通，磁力线沿磁路最小的磁极通过转子，在磁力的作用下继续转动，直到转到30°之前，关断 B 相绕组电源并开通 C 相绕组，使转子继续转动，在转到45°之前接通 A 相绕组电源，以此类推，电机就会运行下去。
飞轮储能用磁悬浮开关磁阻电机多目标优化设计
飞轮储能用磁悬浮开关磁阻电机多目标优化设计孙玉坤;张宾宾;袁野【摘要】研究了一种基于遗传粒子群综合算法(GPSOA)的飞轮储能(FES)用的单绕组磁悬浮开关磁阻电机(SWBSRM)多目标优化设计方案.结合有限元分析(FEA),通过敏感性分析得到SWBSRM悬浮力与效率随主要尺寸参数变化的一般规律.在此基础上,利用GPSOA以悬浮力和效率为目标函数对SWBSRM进行了全局寻优,获得使悬浮力最大和效率最高的参数优化组合.利用FEA对比优化前后电机悬浮力、铁损及磁密的大小,验证了GPSOA多目标优化的有效性.【期刊名称】《电机与控制应用》【年(卷),期】2018(045)010【总页数】7页(P53-58,119)【关键词】飞轮储能;单绕组磁悬浮开关磁阻电机;遗传粒子群综合算法;多目标优化【作者】孙玉坤;张宾宾;袁野【作者单位】江苏大学电气信息工程学院,江苏镇江212013;南京工程学院电力工程学院,江苏南京210000;江苏大学电气信息工程学院,江苏镇江212013;江苏大学电气信息工程学院,江苏镇江212013【正文语种】中文【中图分类】TM301.20 引言国家正规划与大力发展智能电网。
微电网作为其重要的组成部分，因其充分利用可再生能源进行的分布式发电而受到广泛关注。
微电网是一种小型的集发、配、用电等功能于一体的电力系统，主要由分布式电源、储能装置、能量转换系统等组成。
分布式发电在微电网系统中得到了充分利用。
微电网系统中，分布式电源提供的输出功率具有间歇性和随机性，并且终端负荷也具有随机性。
因此，为了维持微电网中瞬时功率的平衡，储能系统是合理的选择，其对微电网的稳定运行、改善电能质量有不可或缺的作用，是微电网安全稳定运行的关键。
文献[1-3]提出各类储能技术，并分析其各自优缺点，在微电网安全稳定运行的基础上，提出适用于微电网的飞轮储能(Flywheel Energy Storage,FES)。
FES是一种全新的机械储能方式，具有储能密度大、效率高、模块性强、寿命长、充电时间短、维护简便等优点，是发展前景十分广阔的一种清洁电能储存方式。
基于NSGA-Ⅲ的开关磁阻发电机多目标优化设计
微电机MICROMOTORS第53卷第8期2020年 8月Vol. 53. No. 8Aug. 2020基于NSGA-!的开关磁阻发电机多目标优化设计李洁，李艺辉，刘作军(河北工业大学人工与数据科学学院，天津300132)摘 要：为了减小开关磁阻发电机转矩脉动、提高发电机运行效率及功率密度，提出一种基于改进非支配排序遗传算法的开关磁阻发电机的多目标优化方法%搭建1kW 四相8/6极SRG 多目标优化设计模型，通过开关磁阻发电机 参数化分析确定优化；基响 搭建 磁阻发电机优化 函数的响 模型；采用NSGA-!优化算法对 磁阻发电机的结构参数和控制参数进行优化，通过改进的精英策略全局寻优得到Pareto 最优解集％通过仿真对磁阻发电机优化前后的运行， 了所提优化的有效性％关键词：开关磁阻发电机；响应面法；NSGA-m ；多目标优化中图分类号：TM352 文献标志码：A文章编号：1001-6848(2020)08-0005-06Multi-objective Optimization Design of Switched ReluctanceGenerator Bsed on NSGA-!LC Jie, LC Yihui, LIC Zuojun(School of Artificial Intelligence ，Hebei University of Technology ，Tianjin 300132，China )Abstract : A multi-objective optimization approach based on non -dominated sorting genetic algorithm with reference poini ( NSGA-! ) way proposed to reduce torque ripple ，increcso efficiency and output powee den-sits of switched reluctance generator ( SRG) . The optimal model of 1kW four-phase 8/6 pole SRG was ccn- structed ，optimal objectiveo and vaaabky were studied by parametpc analysio. Then ，the response surfacemodelo of SRG optimization objectives were established by using response surface mehodology ( RSM) . Op timal Pareto s C s of SRG optimization were obtained based on improved elitist NSGA-HI. The velidity andfeasibility of the proposed multi-objective optimization design method was proved by the SRGs finite element simulation results.Key wo*t ： switched reluctance generatoo ； response surface me t h odoloos ； NSGA-HI ； multi-obje c t iv e opp- mizationo 引言开关磁阻发电机（Switched Reluctance Generatoo,SRG ）有 构简单、坚固，成本低，低速运行性， 控参数多，高容错 诸多优点，在风力电（1）、 天⑵ 有十分广阔的应用前景[3] %由于SRG 存在转矩脉动大、噪声大等问题, SRG 的实际应用受到限制％为解决SRG 转矩脉动较大的问题，国内外学者在SRG 本体 参数⑷、控制参数⑸优化进行了大量研究％ —般而言,SRG 需优化多个性能指标以保证发电机全面高效的运行 ，，SRG 多 优化方法的研究具有意义⑸％,电机多 优化 主要包括传统的多优化 基于进化 的多目标优化 ⑷％其中，传统的多 优化方法主要通过评价函数（7-）、 规划 多 问题转化为 标问题求解％但是，在SRG 多 优化 中，由优化间相互制约，采用传统的多优化方法得到的最优解无 多个优化 同 到最优%基 进化 的多 优化 通过寻优得到收稿日期：2019 11 13,修回日期：2020 03 —27基金项目：河北省高等学校科学技术研究指导项目（Z2014025）作者简介：李 洁（1981）,博士，讲师，研究方向为风力发电机与系统集成优化。
基于文化粒子群算法的开关磁阻电机多目标优化设计
学 基金 （ ２ ０ １ １ Ｇ Ｑ ７ ０ ０ １ ） 、 陕西省 留学人员科 技活动项 目择优资助 、 西北工业大学基础研 究基金 （ Ｊ Ｃ ２ ０ １ １ １ ９ ） 与 西北 工业大学 “ 翱 作者简介 ： 宋 受俊 （ １ ９ ８ ｌ ～） ， 西北工业大 学副教授 ， 主要从 事电驱动系统性能计算 、 优化设计及控制方法研究 。
方案 ， 只 有 极 少 数 学 者 在 其 设 计 中 引 入 了 优 化 算法 。 文 化粒 子 群 优 化 算 法 （ Ｃ Ｐ Ｓ Ｏ Ａ） 利 用 文 化 算 法
收稿 日期 ： ２ ０ １ ２ ． ０ ５ ． １ ６
翔 之星” 计划 资助
１ 文化粒 子群算 法
粒子群算法是一种基于群体进化理论的优化算 法， 源于对鸟群捕食行为的研究 ， 具有计算简单 、 收
通过 仔 细 的 调 查 分 析 发 现 ， 至 今 还 没 有 将 Ｃ Ｐ Ｓ Ｏ Ａ应 用 于 电机 系 统 设 计 的 研 究 。本 文 在 Ｓ Ｒ Ｍ
的优化设 计 及控 制 中首 次 引入 了 Ｃ Ｐ Ｓ Ｏ Ａ， 在 一 定 的
优化 目 标及约束下 ， 快速而准确地得到 了关键几何 尺寸和控制参数 的全局最优解 ， 从 而验证 了方法的 有效性 ， 显示了其性能优势。
ｒ ｌ ， ＝ｃ Ｄ・ ｌ ， ＋Ｃ ｌ ・ ｒ ｌ ・ （ ｐ 一Ｘ ）＋
Ｊ ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ０ ｌ ｌ协 议
Ｖｏ １ ． ３ ２ Ｎｏ ． １
基 于 文 化 粒 子 群 算 法 的 开关 磁 阻 电机 多 目标 优 化 设 计
宋受俊 ，葛乐飞 ， 蒋艳玲
（ 西北工业大学 自动化 学院 ， 陕西 西安 ７ １ ０ ０ ７ ２ ）
开关磁阻电机控制器的优化调整电路及优化方法
开关磁阻电机控制器的优化调整电路及优化方法开关磁阻电机是一种新型的电动机控制技术，其在能效高、响应快、可靠性强等方面具有明显的优势。
为了进一步提升开关磁阻电机的性能，优化调整电路的设计与方法成为关键。
本文将从电机控制器的优化调整电路以及优化方法两个方面进行深入的探讨。
一、开关磁阻电机控制器的优化调整电路为了实现对开关磁阻电机的有效控制，优化调整电路的设计至关重要。
以下是几种常见的优化调整电路：1. 电流传感电路：电流传感电路主要用于检测电机的工作电流，通过采集电流信号可以实时监测电机的工作状态。
在优化调整电路中，合理设计电流传感电路可以提高电机的工作效率和稳定性。
2. 驱动电路设计：驱动电路是实现对电机正常工作的基础，好的驱动电路设计可以保证电机的工作效率和稳定性。
在优化调整电路中，应采用高质量的驱动电路，确保电流和电压的准确控制，提高电机的响应速度和效能。
3. 电源滤波电路：电源滤波电路主要是为了减小电机系统中的电源噪声和干扰。
在优化调整电路中，采用有效的电源滤波电路可以提高电机的工作质量和稳定性，减小不必要的噪声干扰。
4. 温度保护电路：温度保护电路可以监测电机的工作温度，并在超过安全温度范围时及时采取保护措施。
在优化调整电路中，合理设计温度保护电路可以避免电机过热而损坏，提高电机的可靠性和寿命。
5. 控制信号采集电路：控制信号采集电路用于采集外部控制信号，通过与电机的工作状态相匹配，实现对电机的控制。
在优化调整电路中，合理设计控制信号采集电路可以保证电机的精准控制，提高电机的响应速度和稳定性。
二、开关磁阻电机控制器的优化方法在设计开关磁阻电机控制器的过程中，优化方法是实现高性能电机控制的重要手段。
以下是几种常用的优化方法：1. 目标函数优化：通过建立适当的目标函数，利用数学优化方法对电机控制器的参数进行调整，以达到设计要求。
目标函数可以包括电机的工作效率、响应速度、功耗等指标，综合考虑各种因素进行全局优化。
开关磁阻电机多目标协同优化设计
开关磁阻电机多目标协同优化设计宋受俊;葛乐飞;张蔓【摘要】针对开关磁阻电机存在多变量、强耦合、高非线性等特点以及传统方法较难快速而准确地获得其最优设计方案的问题，引入了多目标协同优化设计方法。
对协同优化算法进行了改进，提出了新型动态松弛因子法以及最优保留策略，在保证算法收敛性的同时，提高了其收敛速度及精度。
以效率及转矩脉动为目标，利用改进型协同优化算法对开关磁阻电机的初始设计方案进行了优化，得到了关键几何尺寸和控制参数的全局最优取值。
针对优化方案功率密度和热负荷较高的问题，设计了一个定、转子双水冷系统，并通过集中参数热网络模型证明了电机主要部位温度在工程允许范围之内。
分析结果表明，改进型协同优化算法的引入达到了提升电机效率并降低其转矩脉动的目的。
%Switched reluctance machine( SRM) has multi-variable, strong coupling and highly nonlinear characteristics, and it’ s not easy to find optimal design scheme quickly and accurately by traditional methods. To solve this problem, multi-objective collaborative optimal design method was introduced. Col-laborative optimization algorithm was improved, and novel dynamic relaxation factor method and elitist strategy were proposed to enhance the convergence speed and accuracy of the algorithm with guarantee of its convergence. Improved collaborative optimization algorithm was used to optimize the efficiency and torque ripple of the initial design scheme of SRM, and the global optimum values of key geometric dimen-sions and control parameters were obtained. According to the high power density and thermal load ofthe optimal scheme, a stator and rotor dual water cooling system wasdesigned. By using lumped parameter thermal network model, the temperatures of some important parts of SRM were verified to be acceptable for practical applications. The results of analysis show that application of improved collaborative optimiza-tion algorithm can increase the efficiency of the machine and decrease its torque ripple simultaneously.【期刊名称】《电机与控制学报》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】8页(P68-75)【关键词】磁阻电机;多目标优化;协同算法;动态松弛法;最优保留策略;水冷系统;热网络模型【作者】宋受俊;葛乐飞;张蔓【作者单位】西北工业大学自动化学院，陕西西安710072;西北工业大学自动化学院，陕西西安710072;西北工业大学自动化学院，陕西西安710072【正文语种】中文【中图分类】TM352作为一种极具竞争力的新型机电一体化设备，开关磁阻电机（SRM）具有结构简单坚固、调速范围宽、起动转矩大、控制灵活、可靠性较高、成本较低以及适应恶劣环境等诸多性能优势［1］，在航空工业［2］、电动汽车［3］、新能源发电［4］、伺服系统［5］，家用电器［6］等领域具有巨大的发展潜力和广阔的应用前景。
开关磁阻电机性能的研究与优化设计
开关磁阻电机性能的研究与优化设计开关磁阻电机（Switched Reluctance Motor，简称SRM）是一种适用于高速、高效、高可靠性和低成本的电机。
它的特点是没有永磁体和绕组，通过磁阻来实现转矩产生。
本文将研究SRM的性能，并优化其设计。
首先，我们来分析SRM的性能。
SRM的核心是转子和定子，它们之间的间隙被称为磁阻。
在运行时，SRM通过改变定子和转子的磁阻来产生转矩，从而驱动负载。
与传统电机相比，SRM具有以下优点：结构简单、无永磁体、高效率、高可靠性和低成本。
然而，SRM也存在一些问题，如震动和噪音较大、起动困难、转矩脉动等。
因此，我们需要对SRM进行研究和优化设计，以提高其性能。
为了研究SRM的性能，我们可以从以下几个方面进行分析。
首先是电磁特性的研究。
我们可以通过建立数学模型来分析SRM的电磁特性，如磁场分布、磁阻变化和磁通变化等。
通过研究这些特性，我们可以了解SRM的工作原理和性能表现。
其次是电气特性的研究。
SRM的电气特性包括电流、电压和功率等。
我们可以通过实验和模拟来测量和分析这些特性，以了解SRM的工作状态和效果。
在研究电气特性时，我们还可以考虑SRM的控制方法，如直接转矩控制（Direct Torque Control，简称DTC）和传统的PWM控制方法等。
通过优化控制方法，我们可以提高SRM的响应速度、精度和效率。
第三是热力特性的研究。
SRM的工作会产生一定的热量，如果热量无法有效散发，会影响SRM的性能和寿命。
因此，我们可以通过热学分析来研究SRM的热力特性，如温升、热阻和散热方式等。
通过优化散热设计和材料选择，我们可以降低SRM的温升，提高其工作效率和稳定性。
最后是结构设计的研究。
SRM的结构设计直接影响其性能。
我们可以通过优化磁路设计、转子形状和定子绕组等方式来改善SRM的性能。
同时，我们还可以考虑使用新材料和新工艺，如磁性复合材料和三维打印技术等，来提升SRM的性能和制造效率。
磁悬浮开关磁阻电机多目标优化设计
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ＤＯ Ｉ ： １ ０ ． １ ５ ９ ３ ８ ／ ｊ ． ｅ ｍ ｃ ． ２ ０ １ ６ ． １ １ ． ０ ０ ５
中 图分 类号 ： Ｔ Ｍ ３ １ ５ 文献标志码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ７ － ４ ４ ９ Ｘ（ ２ ０ １ ６ ） １ １ — ０ ｉ ｃ Ａ ｌ ｇ ｏ ｉ ｒ ｔ ｈ ｍ ｗ ａ ｓ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｄ ｔ ｏ ａ ｃ ｈ ｉ ｅ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ｍ ｕ ｈ ｉ — ｏ ｂ ｊ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍａ ｌ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ｓ ｉ ｎ ｇ ｌ ｅ ｗ ｉ ｎ ｄ ｉ ｎ ｇ ｂ ｅ ａ ｒ ｉ ｎ ｇ ｌ ｅ ｓ ｓ
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一种开关磁阻电机多目标优化方法
发表时间：2017-01-20T16:50:50.430Z 来源：《电力设备》2016年第22期作者：张铸饶盛华赵轩
[导读] 针对在开关磁阻电机多变量、多约束、多目标的设计寻优过程中易陷入局部最优解。
（1 湖南科技大学信息与电气工程学院湘潭 411201；
2 湖南科技大学海洋矿产资源探采装备与安全技术国家地方联合工程实验室湘潭 411201）
摘要：针对在开关磁阻电机多变量、多约束、多目标的设计寻优过程中易陷入局部最优解，并且在进行有限元分析耗时久，专业性高等问题，提出了一种能快速收敛实现全局优化的电机设计方法。
该方法以开关磁阻电机定转子极弧为优化对象，以电机效率和转矩波动系数为优化目标，利用极限学习机进行非参数建模，结合粒子群算法寻找多目标最优解，从而实现开关磁阻电机定转子极弧的全局优化设计。
优化结果表明：极限学习机建模具有高准确度，结合粒子群算法对电机优化后显著的降低了转矩波动系数，提高了电机效率，这对开关磁阻电机的优化设计具有一定的应用价值。
关键词：开关磁阻电机；多目标优化；粒子群算法；极限学习机
1 引言
开关磁阻电机（Switched Reluctance Motor，SRM）由于具有结构简单、鲁棒性强、效率高、容错能力强、调速范围宽且能适应恶劣的环境等系列优点而得到了广泛的应用[1]。
但其固有的转矩波动和噪声限制了其应用范围。
因此，国内外从优化开关磁阻电机本体出发进行了相关研究，并提出了不同的优化设计方法，如模拟退火算法[2]、遗传算法[3]等。
上述智能算法虽然在一定程度了解决了开关磁阻电机多变量、多约束、多目标的优化问题，但是存在着优化过程中容易陷入局部最优解等不足，因此，本文采用极限学习机算法进行非参数建模，结合粒子群算法对其优化。
2 SRM初始设计与性能核算
2.1 设计指标
电机结构形式：三相，12/8；额定电压 =280V；额定转速 =750r/min；额定功率 =30kW；额定效率 =80%。
2.2 尺寸计算
由表中数据可得，与优化前相比较，PSO结合ELM优化后，效率提高了4.72%，转矩波动系数降低了18.86%，具有较好的优化效果。
5 结论
本文针对在开关磁阻电机多变量、多约束、多目标的设计寻优过程中易陷入局部最优解，并且在进行有限元分析耗时久，专业性高等问题，提出了一种采用PSO并结合ELM对开关磁阻电机进行优化设计方法，该方法首先利用传统的方法得到电机的基本尺寸参数，通过有限元分析得到样本数据集，接着通过ELM训练样本数据集得到SRM的非参数模型，最后通过PSO对其进行优化。
结果表明：采用ELM建模具有高准确性，采用PSO对SRM进行多目标优化取得了较好的效果，显著的较低了转矩波动且提高了效率，具有一定的应用价值。
参考文献：
[1]Vijayakumar K，Karthikeyan R，Paramasivam S，Arumugam R，Srinivas K N.Switched Reluctance Motor Modelling，Design，Simulation，and Analysis：A Comprehensive Review[J].IEEE Transactions on Magnetics，2008，44（12）：4605-4617.
[2]白凤仙，邵玉愧，孙建中.利用智能型模拟退火算法进行开关磁阻电机磁极几何形状的优化[J].中国电机工程学报，2003，23（1）：126-131.
[3]吴建华，基于遗传算法的开关磁阻电机优化设计[J].电工技术学报，1996，11（4）：6-10.
作者简介：
第一作者：张铸，1981-，男，湖南湘潭，博士学历，讲师职务，研究方向为电力电子与电力传动，
第二作者：饶盛华，1993-，男，湖北武汉，研究生，研究方向为电力电子与电力传动，
第三作者：赵轩，1993-，男，湖南长沙，硕士生，研究方向为电力电子与电力传动.
注：基金项目：湖南省教育厅科研项目（14C0430）资助；湖南省自然科学湘潭联合基金（2016JJ5026）.。