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调速直线超声电机定子的优化设计

作者:BG真人平台 时间:2013-10-31

调速直线超声电机定子的优化设计

  调速电机不同加权系数组合下的定子优化设计结果组数应地增大。这主要是因为随着两相工作模态频率差的减小,定子振幅增大,同时,子目标函数F6所取的定子夹持位置在提取时没有完全取到节线上,故其值必然会随着子函数F1的减小而增大,即子目标函数F1和F5,F6之间是互相矛盾的,其优化过程根据权重寻求一个协调点。对表所示的优化结果利用ANSYS有限元软件进行了验证。第4组优化的ANSYS计算结果为:两相工作模态频率差达12.21Hz,干扰模态远离程度为1073Hz,驱动足y向振幅为2.56μm,驱动足x向振幅为5.76μm,驱动足z向振幅为0.109μm,定子夹持位置振幅为0.9452μm。

  计算结果表明,除干扰模态远离程度与优化结果相比的差距较大之外,其余的差距相对较小,基本满足需求。干扰模态远离程度产生较大误差的原因可能是因为其样本点的值跳跃性较大。总体而言,利用统一目标函数法,根据前次优化计算结果的优劣,适当调整权系数,可以实现多个子目标的优化设计。由表可以知道,参数P1,P4,P5,P8的值精确到了0.0001mm,这给加工带来了很大的难度。为此,把第4组所得到的参数值进行圆整到0.01mm后,利用有限元软件ANSYS重新计算,并与电机定子的初始结构值进行比较。可以看出,参数P1,P4,P5,P8的值在优化结果的基础上圆整后所得到的计算结果与初始参数所得到的计算结果相比,得到了很大的改善,其两相工作模态频率差仅为5.698Hz。

  笔者提出了一种基于响应面法的直线超声电机定子优化设计方法,并应用于调速直线超声电机定子的优化设计。通过选取合适的定子结构参数作为设计变量,利用试验设计方法在变量空间里选取样本点,并对各个样本点所对应的结构利用参数化设计语言APDL编程,建立有限元模型并进行模态分析和谐响应分析,得到对应各样本点的响应(包括两相工作模态的频率差、驱动足振幅和夹持点振幅等),利用这些样本点和响应值建立定子响应面近似模型,再以优化算法进行寻优。

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