新型直線電機(jī)數(shù)學(xué)建模及參數(shù)優(yōu)化方法研究.pdf

1、動感雕塑是一個新的研究領(lǐng)域,驅(qū)動問題研究是其中的一個關(guān)鍵問題.直線電機(jī)由于其多變的結(jié)構(gòu)形式和驅(qū)動特點(diǎn),成為動感雕塑驅(qū)動的首選驅(qū)動部件.本文結(jié)合動感雕塑驅(qū)動的特征,提出了一種新型圓筒直線電機(jī)結(jié)構(gòu),制作了樣機(jī)模型,并進(jìn)行性能測試,圍繞該類型直線電機(jī)的高效建模與優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算方法進(jìn)行了較深入的探索.主要研究內(nèi)容有以下幾個方面:一.提出了新型圓筒直線電機(jī)的概念模型.結(jié)合動感雕塑驅(qū)動問題的實(shí)際要求,在"短初級長次級"圓筒直線電機(jī)的基礎(chǔ)上,提出了"長

2、初級短次級"新型圓筒直線電機(jī)的概念模型.該電機(jī)模型既具有一般圓筒直線電機(jī)的優(yōu)點(diǎn),同時由于運(yùn)動部件不用拖著電纜,初級長度可以根據(jù)需要增加,使得其具有較大的運(yùn)動行程.二.測試樣機(jī)性能并進(jìn)行了理論推導(dǎo).根據(jù)新型電機(jī)的概念模型制作樣機(jī),電機(jī)正常運(yùn)行后,測量了電機(jī)啟動推力和電流變化,試驗(yàn)研究了電壓波動對電機(jī)輸出性能的影響.基于解析方法,建立了新型圓筒直線電機(jī)的電磁方程,推導(dǎo)出了解析解,分析了解析模型的優(yōu)點(diǎn)與局限性.三.研究了新型圓筒直線電機(jī)數(shù)學(xué)建

3、模方法.采用諧波分析法,建立了新型圓筒直線電機(jī)的FEM模型,仿真試驗(yàn)啟動過程電機(jī)推力和電流的變化以及電壓波動對電機(jī)輸出性能的影響,比較仿真結(jié)果和測試結(jié)果,證明了有限元模型的正確性.研究了電機(jī)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)變化對其輸出性能的影響規(guī)律,為該類型電機(jī)性能分析提供了理論指導(dǎo)和計(jì)算方法.四.引入最新優(yōu)化算法對新型圓筒直線電機(jī)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化.結(jié)合直線電機(jī)電磁場優(yōu)化問題的高度非線性,多參數(shù)、多極值和不可微分等特征,引入遺傳算法,在正交優(yōu)化結(jié)果基礎(chǔ)上,確定

4、適當(dāng)?shù)乃阉骺臻g,以"輸出推力盡可能大,同時啟動電流盡可能小"為目標(biāo),對所研究的圓筒直線電機(jī)進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化.優(yōu)化結(jié)果為一個解集,從中人工選擇一組最適合的結(jié)構(gòu)參數(shù)作為遺傳優(yōu)化的結(jié)果.通過有限元仿真驗(yàn)證,證明了遺傳優(yōu)化結(jié)果是可信的,也表明了遺傳優(yōu)化結(jié)果優(yōu)于正交優(yōu)化,用于直線電機(jī)參數(shù)優(yōu)化是可行的.綜上,本文提出了一種新的圓筒直線電機(jī)概念模型,并進(jìn)行了樣機(jī)制作和測試;采用有限元數(shù)值仿真技術(shù),建立了基本數(shù)據(jù)計(jì)算模型;引入了支持向量機(jī)非參數(shù)回歸建模方