基于多支持向量机和重心邻域估计的永磁直线电机空间谐波抑制研究

Permanent magnet synchronous linear motors have very broad application prospect in high speed, high precision CNC machine,but its spatial harmonic has great effect on the processing accuracy. The project studies reverse structure design on permanent magnet synchronous linear motor. The purpose is to reduce the cogging force by suppressing the spatial harmonic higher harmonic and it must ensure motor thrust not weakened as well.The main research contents are as follows: 1）the calculational model of permanent magnet synchronous linear motor is established by the finite element method.And then through the finite element calculation the cogging force higher harmonics under different structural parameters are got,and the harmonic components are quantitatively analyzed. A set of sample datas that reflect the mapping relationship between "structure parameters of permanent magnet synchronous linear motor" and "the cogging force harmonic component characteristic quantity" are obtained. 2）By the Muti-Svm (support vector machine) modeling method,with finite element calculation sample datas for the training sample, the fast calculational model of permanent magnet linear synchronous motor's cogging force harmonic component is established. 3)In the project,the global optimization algorithm of the gravity neighborhood estimate is employed, the Multi-Svm model is as the objective function, the optimization goal is that the cogging force harmonic component characteristic quantity is the lowest, the structural parameters of permanent magnet synchronous linear motor is reversely solved and some experiments are carried out. The research of the project provides a new idea for the spatial harmonic suppression of permanent magnet synchronous linear motor and structure precise reverse design.

永磁同步直线电机在高速高精度数控机床上应用前景广阔，但其空间谐波对加工精度影响较大。本项目以"电机平均推力不削弱"为边界条件，以"抑制空间高次谐波降低齿槽力"为目的，开展对永磁同步直线电机的逆向结构设计研究。主要研究内容如下：1）采用有限元方法建立永磁同步直线电机的计算模型，得到不同结构下电机齿槽力高次谐波并进行谐波成分定量分析；获得一组反应永磁同步直线电机"结构参数"与"齿槽力谐波成分特征量"之间映射关系的样本数据；2）采用多支持向量机（Muti-Svm）建模方法，以有限元计算的数据为训练样本，建立永磁同步直线电机齿槽力谐波成分计算的快速计算模型；3）采用重心邻域估计的全局优化算法，以Multi-Svm模型为目标函数，以"齿槽力谐波特征量最低"为优化目标，逆向求解永磁同步直线电机的结构参数，并进行实验研究。本项目的研究为永磁同步直线电机的空间谐波抑制和结构精细化逆向设计提供一种新思路。

永磁同步直线电机具有推力密度大、响应速度快等优点, 可以实现高速大行程运动和微米级动态精度，在高速高精度数控机床上应用前景广阔。但其空间谐波的存在，易引起电机动子的推力波动，对加工精度影响较大。本项目以“电机平均推力不削弱”为边界条件，以“抑制空间谐波含量和降低推力波动”为目的，开展对永磁同步直线电机的逆向结构设计研究。.主要研究内容如下：1）采用有限元方法建立永磁同步直线电机的计算模型，得到不同结构下的电机性能参数（空间谐波及推力波动），并进行定量分析；获得一组反应永磁同步直线电机“结构参数”与“性能参数特征量”之间映射关系的样本数据；2）采用多支持向量机（Multi-Svm）建模方法，以有限元计算的数据为训练样本，建立永磁同步直线电机性能的快速计算模型；3）采用重心邻域估计的全局优化算法，以Multi-Svm模型为目标函数，以“谐波含量及推力波动率最低”为优化目标，逆向求解永磁同步直线电机的结构参数。.关键数据及重要研究成果：制作双次级永磁同步直线样机若干台，并搭建电机测试平台，实验结果表明，采用该方法优化后的永磁同步直线电机空间谐波畸变率为1.71%，推力波动为2.51%。各性能参数满足高精密数控机床性能指标要求，证明了所提方法的正确性和有效性。.本项目的研究为永磁同步直线电机的空间谐波抑制和结构精细化逆向设计提供一种新思路，对交直流电机本体优化设计具有一定的科学启发意义。