基于代理模型的直线感应电机多目标优化设计

The purpose of this project is to integrate the finite element analysis method, surrogate-assisted multi-objective optimization theory to conceive a linear induction motor. Concrete contents include: (1) a multi-physical model which consists of a 3D finite element electromagnetic model and a thermal one are built and parametered. The analysis capacity of the linear motor is improved and the basic theory is studied using the multi-physique model, which can supply an accurate model for the optimization;(2)Using the finite element model, the surrogate model is built and then used to analyse the optimization problem, the optimization parameters are screened and the final optimization problem is formulted;(3)The surrogate-assisted multi-objective optimization strategies are studied, including the multi-objective optimization method based on the surrogate model guiding samples and the multi-leve and multi-objective space mapping optimization method. The proposed strategies benefit both the rapidity of the surrogate model and the precison of the finite element model. A Pareto front solution composed of the finite element model evaluation results is proposed, which allows taking the decision for the motor design. In this projet, we provide the solid basic theory and technique for the multi-objective optimization of a linear induction motor.

本项目旨在综合运用有限元分析方法、代理模型法、多目标优化理论等知识设计直线感应电机。具体内容包括：（1）建立以电磁学模型和热力学模型联合仿真的多物理有限元参数化模型，提高对直线电机的分析能力并对其进行基本的理论研究，为进一步的优化设计提供精确模型；（2）在有限元模型的基础上，建立代理模型并对优化问题进行分析，筛选优化参数，确定优化问题；（3）基于代理模型的多目标优化策略的研究，其中包括代理模型引导采样的多目标优化策略和多级多目标空间映射的优化策略。充分利用代理模型的分析速度和有限元模型的计算精度，为电机的设计提供经过有限元模型评估的Pareto前沿解集。本项目的研究为直线感应电机的多目标优化设计奠定坚实的理论基础和技术基础。

本项目旨在综合运用有限元分析方法、代理模型法、多目标优化理论等知识设计直线感应电机。具体内容包括：（1）建立以电磁学模型和热力学模型联合仿真的多物理有限元参数化模型，提高对电机的分析能力，为进一步的优化设计提供精确模型；（2）建立了基于代理模型的序列迭代优化算法-有效全局优化算法EGO。该算法以代理模型引导采样为原理，并利用PI（Pseudo distance）加点准则，寻求多目标全局最优解集，建立了操作界面并成功应用于双边型直线感应电机、五相双极性永磁同步电机的优化设计（3）建立了输出空间映射优化算法OSM(Output Space-mapping)和MM（Manifold Mapping）空间映射优化算法，提出了Kriging-OSM优化算法。通过对测试函数和单边型五相直线感应电机的优化设计，对比了三种空间映射优化算法，验证了所提算法的优越性。根据优化结果，设计并制作了五相单边型直线感应电机样机。本项目研究的有效全局优化算法EGO和空间映射优化算法SM，均同时利用了代理模型的分析速度和电机有限元模型的分析精度，优化结果均为有限元分析结果，保证了优化结果的准确性。本项目的研究应用于电机设计，可以提高设计的成功率，从而缩短开发周期，节约设计成本，因此对于电机设计具有重要意义。