新型直線電機數(shù)學建模及參數(shù)優(yōu)化方法研究.pdf

1、動感雕塑是一個新的研究領域,驅(qū)動問題研究是其中的一個關鍵問題.直線電機由于其多變的結(jié)構(gòu)形式和驅(qū)動特點,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結(jié)構(gòu),制作了樣機模型,并進行性能測試,圍繞該類型直線電機的高效建模與優(yōu)化設計計算方法進行了較深入的探索.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的概念模型.結(jié)合動感雕塑驅(qū)動問題的實際要求,在"短初級長次級"圓筒直線電機的基礎上,提出了"長

2、初級短次級"新型圓筒直線電機的概念模型.該電機模型既具有一般圓筒直線電機的優(yōu)點,同時由于運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動行程.二.測試樣機性能并進行了理論推導.根據(jù)新型電機的概念模型制作樣機,電機正常運行后,測量了電機啟動推力和電流變化,試驗研究了電壓波動對電機輸出性能的影響.基于解析方法,建立了新型圓筒直線電機的電磁方程,推導出了解析解,分析了解析模型的優(yōu)點與局限性.三.研究了新型圓筒直線電機數(shù)學建

3、模方法.采用諧波分析法,建立了新型圓筒直線電機的FEM模型,仿真試驗啟動過程電機推力和電流的變化以及電壓波動對電機輸出性能的影響,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,為該類型電機性能分析提供了理論指導和計算方法.四.引入最新優(yōu)化算法對新型圓筒直線電機參數(shù)進行優(yōu)化.結(jié)合直線電機電磁場優(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)果基礎上,確定

4、適當?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,對所研究的圓筒直線電機進行了參數(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概念模型,并進行了樣機制作和測試;采用有限元數(shù)值仿真技術,建立了基本數(shù)據(jù)計算模型;引入了支持向量機非參數(shù)回歸建模方