Русская версия English version

Методика структурно-параметрической оптимизации коллекторных машин с использованием модели магнитного поля и генетического алгоритма

М.В. Тамьярова, А.И. Тихонов

Вестник ИГЭУ, 2018 г. выпуск 5, сс. 46—55

Скачать PDF

Аннотация на русском языке: 

Состояние вопроса. Современное автоматизированное проектирование электрических машин предполагает наличие этапа параметрической оптимизации, в том числе, с использованием полевых моделей, реализуемых с помощью пакетов инженерных расчетов, таких как ANSYS Maxwell. Однако параметрическая оптимизация не позволяет осуществить выход на новые технические решения, учитывающие особенности распределения неподвижного относительно статора магнитного поля коллекторных машин. Несмотря на свою актуальность, задача структурной оптимизации конструкции коллекторной машины на сегодня не решена. В связи с этим актуальным является разработка методики структурно-параметрической оптимизации коллекторных машин.  

Материалы и методы. Поиск оптимальной конструкции коллекторной машины осуществляется с использованием генетического алгоритма с обращением к конечно-элементной модели магнитного поля на каждом шаге оптимизации. Использован пакет MSExcel, в который внедрена библиотека моделирования магнитного поля EMLib. Макросы генерации полевой модели и поиска оптимального решения написаны на языке VBA. Для анализа динамических характеристик машины использован пакет MatLab Simulink.

Результаты. Разработан параметрический генератор конечно-элементной модели, позволяющий в рамках одного программного кода строить модели магнитного поля коллекторных машин произвольных типоисполнений, что позволило организовать процесс оптимизации, в котором при варьировании аргументов изменяются не только параметры машины, но и ее конструкция, что подходит под определение структурно-параметрической оптимизации. Проведена декомпозиция расчетной области коллекторной машины, разработаны принципы стыковки типовых фрагментов. Полученные в ходе оптимизации варианты конструкции машины исследуются с помощью полевой динамической модели. Разработана методика структурно-параметрической оптимизации коллекторных машин, позволяющая получать существенную экономию активных материалов при их проектировании за счет выхода на новые структурные решения.

Выводы. Разработанная методика ориентирована на использование доступных программных средств и может быть использована в мелкосерийном и штучном производстве электрических машин даже в условиях малого и среднего бизнеса.

Список литературы на русском языке: 
  1. Григораш О.В., Степура Ю.П., Квитко А.В. Структурно-параметрический синтез автономных систем электроснабжения // Ползуновский вестник. – 2011. – № 2/1. – С. 71–75.
  2. Лисин С.Л., Стариков А.В. Структурно-параметрический синтез систем управления неустойчивыми объектами // Вестник СамГТУ. – 2013. –
    № 4(40). – С. 53–58.
  3. Акимов С.В. Компьютерные модели для автоматизированного структурно-параметрического синтеза // Компьютерное моделирование 2004: труды V Междунар. конф. – СПб.: Нестор, 2004. – Ч. 1. – С. 191–197.
  4. Обобщенный метод структурно-параметрического синтеза электромагнитных систем электрических машин и индукционных аппаратов. Ч. 2. Результаты сравнительного анализа основных вариантов электромагнитной системы асинхронного короткозамкнутого двигателя / А.А. Ставинский, Е.А. Авдеева, О.О.  Пальчиков, Р.А. Ставинский // Электричество. – 2017. – № 5. – С. 20–29.
  5. ANSOFT Maxwell / ANSYS Maxwell (ANSYS Electromagnetics) [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://ansoft-maxwell.narod.ru
  6. Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин: учеб. для вузов. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 2001. – 327 с.
  7. MatLab. Genetic Algoritm and Direct Search ToolBox: User's Guide. The MathWorks, Inc., 2008. – 343 p.
  8. Разработка подсистемы оптимизации САПР распределительных трансформаторов / А.И. Тихонов, А.С. Зайцев, А.В. Стулов, И.А. Трофимович // Вестник ИГЭУ. – 2014. – Вып. 6. – С. 87–91.
  9. Шмелев А.С., Пайков И.А., Булатов Л.Н. Методика организации численного исследования электротехнических устройств с использованием библиотеки конечно-элементного моделирования магнитного поля // Вестник ИГЭУ. – 2014. – № 1. – С. 55–61.
  10. Пат. США кл. 310/186 N 422088, N 884586, N 52/40953, Япония, МКЭ НО2 К1/10. Двигатель постоянного тока с Ш-образными дополнительными полюсами / Коhzai joshinori Oyama Shigaki. заявл. 8.03.78; oпубл. 2.09.80; приор. 12.04.77.
  11. Технология моделирования в Simulink динамических режимов работы электрических машин с использованием библиотеки полевых расчетов /
    А.И. Тихонов, А.В. Гусенков, М.В. Тамьярова, А.В. Подобный // Вестник ИГЭУ. – 2016. – Вып. 6. – С. 57–65.
Ключевые слова на русском языке: 
коллекторная машина, структурно-параметрическая оптимизация, генетические алгоритмы, метод конечных элементов, полевая динамическая модель коллекторной машины
Ключевые слова на английском языке: 
collector machine, structural-parametric optimization, genetic algorithms, finite element method, field dynamic model of a collector machine
Индекс DOI: 
10.17588/2072-2672.2018.5.046-055
Количество скачиваний: 
22