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天津科技大学 外文资料翻译 姓名：沈涛 学院：电子信息与自动化 专业：电气工程及其自动化 学号电动机设计中随机优化法的比较研究 提.图撒，彼得.科罗斯克，格雷戈尔.帕帕，博格丹.菲力皮克，尤里.斯里克 摘要：高效率的普通电动机被广泛应用在家电领域并且可以通过改善定子和转子的几何形状来对其进行优化。设计师专家通过传统的方法：反复评估候选设计者的设计方案并且结合自己的经验改进这些设计方案来完成这个优化任务。然而，可靠的数值模拟器和强大的随机优化技术使优化程序自动设计成为了可能。我们提出6个随机优化方法并将对他们进行比较研究，意在通过设计一个最佳的普通电机定子和转子的几何形状来尽量减少电机的功率损耗。我们比较三种计算进化领域方法：代式进化算法、稳态进化算法和差分进化算法；两个以粒子为基础的算法：粒子群优化和电磁式算法，还有一个最近提出的多级天线间接通信算法。通过比较他们的性能，鉴别出最有效解决问题的方式并通过一个成功的实例来进行说明。 关键词：电动机，几何参数，功率损耗，数值模拟，随机优化，实证研究。 1．简介 日常使用的家电产品如真空吸尘器和混音机，以及家庭使用的电动工具如钻头和电锯是最常见的由普通发电机提供电力的机器(UM)[17]。这种类型的电机被广泛使用，因为尽管他们体积小但是人仍能表现出很高的性能，具有高功率、高启动和高行程扭矩，制造廉价的优点。家用电器和用电工具不可替代也因为他们有很高的能源利用率，也就是说，他们的输入功率尽可能很低同时又能输出满足用户需求的足够的电功率。电机的效率定义为输出功率比上输入功率。有一种减少功率损耗的方法是优化定子和转子的几何形状。由于在电动机里鉄被高度磁饱和，因此这种优化是非线性的。 在传统电动机设计中，由经验丰富的工程师对定子和转子进行初始的几何学设计。要讨论这种几何形状的适用性，通常要分析电磁场的模拟数值。建议的操作程序是反复的操作测试直到得到满意的评价结果。这种方法的优点是，有经验的工程师对设计进度和过程有较大的帮助和影响，而且对明显的电磁学现象能明智的做出回应并且重新设计出适合的几何模型。但是这种传统的设计方法可以用连接有可靠的数值模拟器并且允许有高度自动化的设计过程的随机优化法来升级。这样使设计过程中需要经验丰富的工程师来指引的地方大大减少。现在已经有文献提出优化电动机几何学的方法。文献报告中处理几何描述和应用优化的方法不同。 在一项由Puternicki和Rudnicki[15]进行的研究中，技术优化系统的使用产生了一大批可行的解决方案。应用的方法是基于一种相位图。设计过程是以将磁性回路尺寸和电动机绕组参数合成为方向的。一套可行的解决方案是通过定义指定设计参数：几何中心，电磁回路的尺寸和磁通密度分量来实现的。在设计过程中每个参数都是随步进变化的。设计的目的是要找到一个最佳 的几何形状对应给定磁通量下电动机磁路在额定电流下的密度分布。优化是进行确定性序列二次规划，这是一个泛化的牛顿无约束优化，最后在技术和标准要求下一个设计被选中。 Papa和他的同事[12]正用遗传算法优化电机设计的特定问题。主要目标是用一个有能力摆脱局部最优化并且实现全局最优化的方法来取代手动优化程序。设计优化系统整合了遗传算法和有限元法程序，以此来模拟和评估每个候选人的设计方案。输入参数参考起初设计师的设计尺寸，而输出的尺寸是优化设计后功率损耗更低的尺寸。几何参数进行了没有材料成本限制(1)和约束的优化(2)，电机的外形尺寸要确保和最初设计者的计划消耗相同的材料成本。对于这两个任务分别找到了减少30%和25%功率损耗的方法。 Shaked[18]采用遗传算法优化法为一个电动机进行结构优化和转矩脉冲最小化。电机的外体积作为目标函数并选择几何量作为优化变量。为了使遗传优化过程提速，将单纯形法与之结合。 在本文中，我们列出了设计电动机转子和定子几何形状的六个随即优化法来进行比较研究，意在使电机功率损耗最小化，我们从进化计算领域比较三种方法，代式进化算法，稳态进化算法和差分进化算法，两个以粒子为基础的算法：粒子群优化和电磁类算法还有一个最近提出的多级天线间接通信算法。所有的算法都与一个数值模拟器设计方案连接用来评估候选方案的设计质量。 在优化领域我们知道没有免费的午餐[20]，不存在某一种单一算法在优化问题上优于其他所有算法。然而在实际情况中我面将面临具有特定特性的特别问题的挑战。通常某些算法能比其他的方法更好解决这个问题。因此他对于确定特殊问题的特殊算法是非常重要的，并且可以知道为什么算法解决问题效果很好。这项研究的书面形式就是这样的。他涉及到一个高维非线性工程优化并且低比例可行性选择空间的问题。通过比较优化方法的性能，他能成功确定和分析解释一个最有效的优化方法。另外还有几方面重