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複巻モーターの設計の最適化

この例では、目的の曲線に一致するように複巻モーターのトルク-回転数曲線を最適化する設計パラメーターを求める方法を説明します。

この例では、最適化アルゴリズム fminsearch を使用します。Optimization Toolbox (TM) に用意されている他の最適化ツールを使用したり、独自の最適化ツールを開発したりすることもできます。

モデルの概要

複巻モーターには DC 電源電圧があり、シャフトの運動はランプ角速度をもちます。理想的なセンサーはトルクと電流を測定して、トルク-回転数、パワー-回転数、および効率-回転数の各曲線を計算します。

パラメーターの変更

データ スクリプトを開いて、最適化中に不変のパラメーター (電源電圧、回転子の減衰など) を変更します。定格回転数、定格トルク、および定格回転数におけるトルク-回転数の勾配を変更して、目的関数で使用する目的のトルク-回転数曲線を選択することもできます。

最適化

用意された目的関数の最小値 (初期推定 x0 で与えられる) を求めるために、この例では最適化関数 fminsearch を使用します。使用する目的関数は、実際の回転数曲線と目的の回転数曲線の最大差です。最適化するパラメーターは、並列界磁巻線抵抗、総逆起電力定数、および並列界磁巻線の逆起電力と総逆起電力の比です。

 
 Iteration   Func-count         f(x)         Procedure
     0            1        0.0390633         
     1            4        0.0326723         initial simplex
     2            6        0.0268739         expand
     3            7        0.0268739         reflect
     4            9        0.0268739         contract inside
     5           10        0.0268739         reflect
     6           12        0.0268739         contract inside
     7           14        0.0268739         contract outside
     8           15        0.0268739         reflect
     9           16        0.0268739         reflect
    10           17        0.0268739         reflect
 
Exiting: Maximum number of iterations has been exceeded
         - increase MaxIter option.
         Current function value: 0.026874 

*****************************
Optimal minimized cost: 0.026874 N*m
*****************************
Motor parameters that produce the minimum distance to the desired torque-speed curve:
Optimal parallel field winding resistance = 225 Ohm
Optimal total back EMF = 1.365 H
Optimal ratio of parallel field winding back EMF divided by total back EMF = 0.42
*****************************

シミュレーション結果

延長したシャフト回転数の範囲で、トルク-回転数、パワー-回転数および効率-回転数の各曲線をプロットします。

リアルタイム シミュレーションの結果

この例は、Intel® 3.5 GHz i7 マルチコア CPU を搭載した Speedgoat Performance リアルタイム ターゲット マシンでテストされました。このモデルは、50 マイクロ秒のステップ サイズでリアル タイム実行できます。