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兩篇低速大轉(zhuǎn)矩永磁同步電機(jī)博士論文~永磁同步電機(jī)可用于新能源汽車，前景較廣，特別是低速大轉(zhuǎn)矩用途。
電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展至今，雖然已經(jīng)取得了巨大的成功，但由于電機(jī)設(shè)計(jì)除了要考慮效率外，還需要比較各設(shè)計(jì)方案下電機(jī)的體積、功率、成本等指標(biāo)，其優(yōu)化可以表示為一個(gè)高維空間中的有約束、非線性、混合離散多目標(biāo)規(guī)劃問題。由于多目標(biāo)問題本身的復(fù)雜性，目前的求解方法還不完善，并有許多理論問題值得探討，因此，對(duì)原有優(yōu)化技術(shù)的改進(jìn)和對(duì)新型尋優(yōu)策略的探索仍然是研究的重點(diǎn)歸納起來，其研究方向主要分以下三個(gè)方面：
1．對(duì)全局優(yōu)化算法的研究。雖然遺傳算法、模擬退火算法等算法提出已有相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，但其相關(guān)理論仍有待完善，全局搜索效果和搜索速度也還不十分理想，因而對(duì)這些算法的改進(jìn)仍是研究的熱點(diǎn)。
2．將多種優(yōu)化算法相結(jié)合形成新的優(yōu)化算法，即所謂的混合優(yōu)化算法。傳統(tǒng)優(yōu)化算法具有搜索效率高、計(jì)算收斂穩(wěn)定的特點(diǎn)，但由于電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)和約束條件的高度非線性，因而存在優(yōu)化結(jié)果對(duì)初始解的選取依賴性強(qiáng)、算法容易過早收斂于局部極值點(diǎn)等一系列問題。而全局優(yōu)化算法，如遺傳算法，雖然理論上證明能收斂到全局最優(yōu)解，但是實(shí)際應(yīng)用時(shí)搜索效率較低，優(yōu)化效果不穩(wěn)定，如何將兩者結(jié)合起來，取長(zhǎng)補(bǔ)短，在提高計(jì)算速度的同時(shí)改善尋優(yōu)效果，始終是電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)的追求目標(biāo)。
3．將專家系統(tǒng)的思想用于電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，形成智能化的電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)。電機(jī)領(lǐng)域?qū)＜宜L(zhǎng)期積累的經(jīng)驗(yàn)，往往是難以用數(shù)學(xué)方法直接描述的，而專家系統(tǒng)可以把這些模糊的、不完整的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)融入電機(jī)設(shè)計(jì)中，進(jìn)一步提高優(yōu)化性能。
伺服傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)的優(yōu)化可以歸結(jié)為一個(gè)復(fù)雜的有約束、非線性、混合離散的多目標(biāo)函數(shù)的規(guī)劃問題，由于高度非線性的目標(biāo)函數(shù)不具備傳統(tǒng)解析和數(shù)值方法所需要的優(yōu)良特性，傳統(tǒng)優(yōu)化方法無法準(zhǔn)確得到電機(jī)設(shè)計(jì)的全局最優(yōu)解。針對(duì)以上問題，本文提出一種基于模糊專家系統(tǒng)和博弈論的多目標(biāo)粒子群優(yōu)化算法，采用模糊專家系統(tǒng)將專家經(jīng)驗(yàn)融合到粒子群運(yùn)動(dòng)方程組中，提高了求解精度和收斂速度。利用博弈論對(duì)多目標(biāo)粒子群得到的Pareto解集進(jìn)行搜索，運(yùn)用策略性讓步博弈的思想綜合考慮各優(yōu)化目標(biāo)，得出了電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)的最優(yōu)解，有效提
高了電機(jī)綜合性能指標(biāo)。同時(shí)，本文采用信噪比方法分析了優(yōu)化方案對(duì)性能指標(biāo)穩(wěn)健性的影響，并分析了驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的可行性。基于靈敏度分析思想，揭示了電機(jī)個(gè)體設(shè)計(jì)參數(shù)與優(yōu)化目標(biāo)的內(nèi)在聯(lián)系。
最后，用基于模糊專家系統(tǒng)和博弈論的多目標(biāo)粒子群算法對(duì)電梯用低速大轉(zhuǎn)矩永磁同步電機(jī)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，結(jié)果表明，用本文所提出的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的永磁同步電機(jī)系統(tǒng)具有效率高、動(dòng)態(tài)性能好、溫升低、噪音低、可靠性高、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。
為了驗(yàn)證基于矩陣變換器的永磁同步電機(jī)空間矢量調(diào)制策略的可行性及調(diào)
制方法的正確性，首先使用Matlab軟件平臺(tái)搭建了空間矢量調(diào)制的仿真模型，
并以低速大轉(zhuǎn)矩永磁同步電機(jī)作為被控對(duì)象，對(duì)矩陣變換器的輸入、輸出特性進(jìn)行了分析。在仿真的基礎(chǔ)上，搭建了基于矩陣變換器的永磁同步電機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了本文提出的基于矩陣變換器的永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)的可行性，該控制器可以實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的精確調(diào)速，具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，魯棒性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還具有輸入和輸出電流諧波小、對(duì)任意負(fù)載輸入功率因數(shù)為l、無中間滯留濾波電容、能量可雙向流動(dòng)、能實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行等顯著特點(diǎn)。因此，矩陣變換器作為現(xiàn)有交．直．交型PWM變頻器和傳統(tǒng)交．交變頻電路的一種補(bǔ)充和替代技術(shù)，不僅可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)交．直．交和交．交變頻電路的所有功能，而且
彌補(bǔ)了兩者的不足。
電機(jī)設(shè)計(jì)中要綜合考慮效率、體積、功率、成本的影響，其優(yōu)化可以表示為一個(gè)復(fù)雜高維空間中的有約束、非線性、混合離散多目標(biāo)規(guī)劃問題。由于各個(gè)優(yōu)化目標(biāo)之間存在競(jìng)爭(zhēng)和沖突，傳統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)策略存在設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、優(yōu)化結(jié)果對(duì)初始解的選取依賴性強(qiáng)、算法容易過早收斂于局部極值點(diǎn)等一系列問題。
針對(duì)電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)中存在的高度非線性問題，本文提出了一種基于模糊專家系統(tǒng)的多目標(biāo)粒子群算法，采用模糊專家系統(tǒng)將專家經(jīng)驗(yàn)融合到粒子群運(yùn)動(dòng)方程中，提高了求解精度和收斂速度；采用博弈論對(duì)多目標(biāo)粒子群得到的Pareto解集進(jìn)行搜索，運(yùn)用策略性讓步博弈的思想綜合考慮各優(yōu)化目標(biāo)，得出了電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)的最優(yōu)解，有效提高了電機(jī)綜合性能指標(biāo)；采用信噪比方法分析了優(yōu)化方案對(duì)性能指標(biāo)穩(wěn)健性的影響；基于靈敏度分析思想，揭示了電機(jī)各設(shè)計(jì)參數(shù)與優(yōu)化目標(biāo)的內(nèi)在關(guān)系，為電機(jī)生產(chǎn)和設(shè)計(jì)提供了理論指導(dǎo)。最后，采用基于模糊專家系統(tǒng)和博弈論的多目標(biāo)粒子群算法對(duì)電梯用低速大轉(zhuǎn)矩永磁同步電機(jī)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，結(jié)果表明用本文所提出的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的永磁同步電機(jī)系統(tǒng)具有效率高、動(dòng)態(tài)性能好、噪音低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。
雖然，本文在低速大轉(zhuǎn)矩伺服傳動(dòng)系統(tǒng)的控制器和驅(qū)動(dòng)電機(jī)一永磁同步電機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方面取得了一定進(jìn)展，但仍有大量的工作需要進(jìn)一步完善：
1．矩陣變換器作為一種全新的控制理念，其技術(shù)還屬于未成熟階段，還有許多問題有待解決，本文只是對(duì)其基本的調(diào)制策略和換流策略進(jìn)行了嘗試，更多、更完善的調(diào)制和換流策略有待進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)。
2．無傳感器控制是永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展的重要方向，但目前尚處于研究階段，尋求計(jì)算簡(jiǎn)單、性能優(yōu)異的實(shí)用化無傳感器永磁同步電機(jī)是伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展的更高層次。
3．對(duì)低速大轉(zhuǎn)矩伺服傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)分別對(duì)電機(jī)和控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)，電機(jī)設(shè)計(jì)過程中主要考慮電機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響，忽略控制器的影響；控制器設(shè)計(jì)中將電機(jī)簡(jiǎn)化為狀態(tài)方程，僅僅研究控制策略對(duì)系統(tǒng)性能的影響。伺服傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行性能是電機(jī)與控制器共同作用的結(jié)果，將其中任～方面過分簡(jiǎn)化都將影響伺服傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)的全局最優(yōu)解。因此，如何將兩者有效結(jié)合起來進(jìn)行綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)是今后的研究方向。
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