题目：高性能永磁同步电动机系统稳健设计理论与方法

目前，永磁同步电机在转台、机器人、数控机床、稳定平台等高精度伺服设备中得到了广泛的应用。为适应伺服系统在控制精度、噪声振动等方面日益提高的需求，作为伺服系统核心部件的永磁同步电机必须要满足转矩脉动（包括齿槽转矩和电磁谐波转矩）小，且批量电机间的性能分散性小的高性能伺服特性要求。

传统的电机设计方法不考虑加工制造偏差和材料特性偏差产生的影响，因此，在抑制关键性能分散方面难以达到理想的效果。为了解决这一问题，本文开展了高性能永磁同步电机稳健设计理论与方法研究，在设计永磁同步电机电磁结构尺寸参数值（控制因子）的同时，考虑加工制造偏差和材料特性偏差（噪声因子）对电机关键特性转矩脉动的影响，使永磁同步电机的转矩脉动对限定的加工制造偏差和材料特性偏差具有最大的容忍性，且批量电机间的转矩脉动分散性小。

本文以表贴式永磁同步电机为对象，重点开展了转矩脉动对噪声因子的敏感性分析，转矩脉动分散性对控制因子的敏感性分析，磁极噪声因子作用下的转矩脉动分布规律研究，永磁同步电机多目标稳健优化设计以及电机转矩脉动测量方法研究等方面的工作。主要研究成果如下：

(1)对比分析了噪声因子摄动条件下的转矩脉动幅值变化，明晰了转矩脉动对噪声因子的敏感性。采用田口设计方法分析了转矩脉动分散性对控制因子的敏感性，揭示了控制因子摄动条件下的转矩脉动分散性变化规律。对比分析了在三组噪声因子公差组合下转矩脉动的分散特性，得到了兼具转矩脉动分散性和电机制造经济性的噪声因子公差组合要求。

(2)提出了一种基于单磁极偏差引起的转矩脉动叠加的永磁同步电机转矩脉动分散特性解析计算模型，即，采用有限元法计算单个磁极偏差（定位偏差和剩磁强度偏差）引起的转矩脉动，根据磁极空间角度和磁极偏差幅值与转矩脉动之间的矢量关系，通过叠加合成，得到电机转矩脉动分散性（转矩脉动均值、标准差和概率密度）与服从正态分布的磁极偏差之间的解析关系。利用该解析计算模型揭示了磁极偏差作用下的转矩脉动分布规律。

(3)引入饱和系数修正了考虑噪声因子的永磁同步电动机空载磁场精确子域模型计算结果，使之能够计及磁路饱和的影响，提高了用于永磁同步电机稳健优化设计的计算模型的精度。对比分析了采用转矩脉动均值、标准差和平均转矩的不同组合作为优化目标对稳健优化设计效果的影响，确定了永磁同步电动机多目标稳健设计的优化目标。通过对比小生境遗传算法、传统粒子群算法和改进型粒子群算法在解决多峰数值寻优问题时的全局搜索能力及收敛速度，提出了基于改进型粒子群法的永磁同步电机多目标稳健优化设计算法。

(4)提出了基于修正的精确子域模型和改进型粒子群法的永磁同步电机多目标稳健优化方法，并对一种8极9槽永磁同步电机进行了多目标稳健优化设计。仿真和实验结果表明，所提出的永磁同步电机多目标稳健优化方法能够有效抑制批量电机转矩脉动的分散性。

(5)提出了一种永磁同步电机静态转矩测量方法，有效的避免了加载设备扭矩波动和转速闭环调节作用对电机转矩脉动测量结果的影响。与动态转矩测量结果对比，静态转矩测量结果具有更高的准确度，能够正确反映噪声因子引起的永磁同步电机转矩脉动。

(6)构建了永磁同步电机驱动控制系统实验平台，进行了永磁同步电机转速闭环实验。实验结果表明采用多目标稳健优化设计的电机具有较好的转速伺服性能一致性。