多电飞机用开关磁阻起动/发电系统多目标自主优化方法研究

体积和重量的严格限制以及恶劣的散热条件使得对功率密度和效率的优化成为了研究多电飞机用开关磁阻起动/发电系统的关键问题，但绕组电流的非正弦性以及铁心磁密的高饱和性给优化带来了极大的困难。本项目拟基于对开关磁阻电机性能计算方法以及智能优化算法的深入研究，结合多电飞机应用中的性能要求及约束，对开关磁阻起动/发电系统的自主优化方法进行研究。基于对解析法及数值法的研究，引入神经网络等非线性映射技术，得到一种性能计算方法，对设计方案或控制方法进行快速而准确的评估；对确定性及随机性优化算法的机理进行研究，提出一种新的优化算法，并将其应用到电机本体设计中，使设计过程能够快速、稳定的收敛到全局最优解；基于智能优化算法，对模糊控制等控制方法的性能进行改进，同时使控制方法自身参数的确定更具科学性。本项目的研究可以为进一步提高多电飞机用开关磁阻起动/发电系统的性能打下理论基础。

本项目从设计及控制两个方面对开关磁阻起动/发电系统的效率、转矩脉动等性能的多目标自主优化方法进行了研究，具体内容包括性能计算方法研究、优化设计方法研究以及优化控制方法研究。通过本项目的执行，顺利完成了各项计划，取得了一定的成果，在学术突破、论文发表、专利申请、人才培养等方面均实现了既定目标。主要研究成果如下：针对电机设计，提出了一种电磁特性解析表达法，整个性能计算过程无需任何来自有限元分析或实验测量的数据，且具有高的计算速度和精度。针对成品电机的控制策略研究及驱动器设计，提出了一种转矩平衡测量法，无需转子位置固定装置便可快速获取某些特定位置的磁链特性，并通过磁路耦合分析提高了测量精度，同时针对转矩平衡测量法仅能获得有限数量磁链样本的情况，提出了一种小样本数据重构建模法。本项目在电机设计中引入了自主优化思想，从全局收敛的快速性及准确性出发，对文化算法、协同优化算法等进行了改进，而后以效率和转矩脉动为目标，对电机初始设计方案进行了优化，得到了关键尺寸和控制参数的全局最优解，同时针对优化方案热负荷高、温升严重等问题，设计了一个定、转子双水冷系统。对开关磁阻电机的无位置传感器控制和直接转矩控制方法进行了研究，提出了一种遗传优化神经网络方法，采用遗传算法对神经网络的初始权值及阈值进行全局寻优，使参数确定过程更具科学性，避免了随机选取给训练结果造成的不确定性，同时也有效改善了网络的预测推广能力，提高了位置预估精度。本项目的研究方法及成果为提高开关磁阻起动/发电系统的运行性能、促进其在多电飞机领域的发展打下了理论基础、积累了实践经验。