基于Taguchi模糊推理方法的永磁同步直線電機(jī)多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究.pdf

1、本文以應(yīng)用于微秒激光雕刻機(jī)中的永磁同步直線電機(jī)作為研究對(duì)象，針對(duì)其存在的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)問題，從電機(jī)本體結(jié)構(gòu)出發(fā)，提出一種Taguchi模糊推理優(yōu)化方法，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高了電機(jī)的運(yùn)行性能。
　　雙次級(jí)空心式永磁同步直線電機(jī)(PMSLM)因其直驅(qū)方式、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、不受齒槽效應(yīng)和鐵芯開斷的特點(diǎn)，具有推力體積比較大、響應(yīng)時(shí)間較短、運(yùn)行損耗較低等優(yōu)點(diǎn)，可以兼顧大行程高速運(yùn)動(dòng)及微納米級(jí)的動(dòng)態(tài)精度，在高精密高速數(shù)控加工領(lǐng)域具有廣闊

2、的應(yīng)用前景。然而PMSLM也有其自身的缺點(diǎn)，因?yàn)榭臻g諧波和推力波動(dòng)等問題的存在，易引起PMSLM的振動(dòng)和噪音，降低動(dòng)子的定位精度，嚴(yán)重影響其運(yùn)行性能，易在加工過程中增加工件的劃痕和粗糙度，需要從電機(jī)的本體結(jié)構(gòu)出發(fā)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定一組最優(yōu)的電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)組合，在保持平均推力基本不變的情況下，同時(shí)降低其推力波動(dòng)和諧波含量，以提高電機(jī)的運(yùn)行性能，提高產(chǎn)品的精加工品質(zhì)。
　　PMSLM的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法可以總結(jié)歸納為以下幾類:一種

3、是基于等效磁化電流、等效磁化強(qiáng)度等方法，在理想的假設(shè)條件下，對(duì)電機(jī)的電磁機(jī)理進(jìn)行解析分析，推導(dǎo)出結(jié)構(gòu)參數(shù)與運(yùn)行性能之間的解析表達(dá)式，進(jìn)而應(yīng)用智能算法進(jìn)行迭代尋優(yōu)，根據(jù)優(yōu)化結(jié)果反解出最優(yōu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)組合，此類方法由于假設(shè)條件過多、智能算法自身局部最優(yōu)的限制，使得結(jié)果精確度大大降低;一種是有限元電磁分析方法(FEA)，通過計(jì)算機(jī)內(nèi)ANSYS或ANSOFT等有限元軟件的輔助，經(jīng)過數(shù)百組甚至千組模型的建立和運(yùn)行計(jì)算，挑選出一組最佳的參數(shù)，有限元方

4、法雖然計(jì)算精確度高，但是計(jì)算效率低，耗時(shí)巨大，無法滿足多目標(biāo)多參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)量較大的要求;另一種是在FEA的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)手段，以最小的實(shí)驗(yàn)次數(shù)獲得最優(yōu)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，例如Taguchi穩(wěn)健性優(yōu)化方法，但是該方法更適用于單目標(biāo)優(yōu)化，隨著優(yōu)化目標(biāo)數(shù)量的不斷增加，多個(gè)目標(biāo)之間的沖突和制約情況更加明顯，導(dǎo)致最后優(yōu)化結(jié)果的精確度降低。以上方法，應(yīng)用于PMSLM的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)當(dāng)中，仍然存在著一定的問題。
　　本文主要工作有

5、:1、根據(jù)微秒激光雕刻機(jī)的性能要求，設(shè)計(jì)了一種雙次級(jí)無鐵芯永磁同步直線電機(jī)，在設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，通過等效磁化強(qiáng)法，對(duì)PMSLM的各項(xiàng)運(yùn)行性能指標(biāo)進(jìn)行了詳細(xì)的解析化分析，確定影響PMSLM運(yùn)行性能的主要結(jié)構(gòu)參數(shù);2、根據(jù)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的空間取值范圍，建立電機(jī)有限元模型，驗(yàn)證有限元計(jì)算的正確性和應(yīng)用于電機(jī)優(yōu)化時(shí)的缺點(diǎn);3、引入Taguchi方法，通過正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，達(dá)到了以最小有限元計(jì)算次數(shù)獲得最優(yōu)化實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，使得計(jì)算效率提高了98.43％，分析

6、了該方法更適用于PMSLM本體結(jié)構(gòu)的單目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)，無法滿足PMSLM多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)要求的原因;4、詳細(xì)對(duì)比了以上方法的優(yōu)缺點(diǎn)，引入模糊推理方法，對(duì)傳統(tǒng)Taguchi方法進(jìn)行改進(jìn)，引入Mandami模糊推理機(jī)和高斯隸屬度函數(shù)進(jìn)行模糊化，采用重心法進(jìn)行解模糊，得到了一個(gè)電機(jī)的“多性能參數(shù)指標(biāo)”，將電機(jī)的兩個(gè)性能參數(shù)轉(zhuǎn)化為一個(gè)性能參數(shù)，成功地解決了多個(gè)目標(biāo)之間的制約性以及沖突性問題，實(shí)現(xiàn)了PMSLM的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　通過仿真實(shí)驗(yàn)