高性能永磁同步电机稳健设计理论与方法研究

In order to improve the control accuracy of the high-performance permanent magnet synchronous motor (PMSM), reduce its operating noise, vibration and decline the unconformity in the same batch of PMSMs caused by the manufacture deviation and material properties difference, the research of the robust design theory and its method is developed. This innovative research includes analytic modeling PMSM with consideration of noise factor impacts, analyzing the theory of the noise factor affect PMSM's key performance and multi-objective robust designing of the PMSM. The purpose of the research is to get the analytical expression and the mechanism relationship between the noise factor and the PMSM's key characteristic, to summarize the adjustment law of control factor in the robust design of PMSM and to develop the multi-objective intelligent optimization robust design and accelerate optimal result searching speed. The principle prototype is developed, whose key characteristic test analysis demonstrates the effectiveness of PMSM analytic modeling approach considering the noise factor and multi-objective intelligent robust design. This research will lay a foundation of theory and technology for the application of robust design method in the design of high-performance PMSM.

为满足永磁同步电机伺服控制系统在控制精度和噪声振动等方面日益提高的需求，解决加工制造偏差和材料特性偏差对永磁同步电机关键特性和性能一致性的影响问题，开展高性能永磁同步电机的稳健设计理论与方法研究工作，通过在考虑噪声因子的永磁同步电机解析建模方法、噪声因子对关键特性的影响机理分析、多目标稳健设计方法等方面的创新性研究，旨在揭示噪声因子和电机关键特性之间的解析关系和作用机理，归纳永磁同步电机稳健设计中控制因子的调整规律；提出高性能永磁同步电机的多目标智能稳健设计方法，提高电机稳健设计方法的多目标优化水平和快速搜索最优解的能力。研制原理样机，通过电机关键特性的测试分析，验证考虑噪声因子的永磁同步电机解析建模方法和多目标智能稳健设计方法的有效性。本项目的开展可为稳健设计在高性能永磁同步电机设计中的应用奠定理论与技术基础。

为满足永磁同步电机伺服控制系统在控制精度和噪声振动等方面日益提高的需求，解决加工制造偏差和材料特性偏差对永磁同步电机关键特性和性能一致性的影响问题，开展了高性能永磁同步电机的稳健设计理论与方法研究工作：.通过建立的考虑磁钢安装偏差、动静态偏心、气隙长度偏差、磁钢材料特性偏差等噪声因子的永磁同步电机数学模型，形成了上述噪声因子与气隙磁场以及转矩脉动特性的解析关系。研制了具有不同加工制造偏差和材料特性偏差的原理样机，通过电机关键特性的测试分析，验证了噪声因子对关键特性影响机理分析的准确性。.通过电机转矩波动特性对噪声因子的敏感性分析，确定了对由噪声引起的关键特性分散有抑制作用的电机电磁结构尺寸参数（控制因子）；明确了主要电磁结构尺寸参数名义值的不同取值对噪声干扰抑制作用的机理。.为进一步揭示磁极偏差影响下的转矩脉动分布规律，增加了永磁同步电机转矩脉动分散特性解析计算的研究工作，通过建立的解析模型，可得到电机转矩脉动分散性（转矩脉动均值、标准差和概率密度）与服从正态分布的磁极偏差之间的解析关系。.针对永磁同步电机稳健设计的特点，开展了优化目标选取、优化算法对比等研究工作，形成了高性能永磁同步电机多目标智能稳健设计方法，构建的多目标智能稳健设计程序和平台，提高永磁同步电机稳健设计多目标优化水平和快速搜索最优解能力。.开展了永磁同步电机稳健设计方法的实验验证研究，依据多目标智能稳健设计方案，研制了反映典型批量分散特性的原理样机，验证了多目标智能稳健设计方法的有效性。.本项目的研究是对现有电机设计理论和方法的补充和丰富，具有重要的学术价值，研究成果可为稳健设计在高性能永磁同步电机设计中的应用奠定理论与技术基础。