| | SLO | ENG | Piškotki in zasebnost

Večja pisava | Manjša pisava

Izpis gradiva Pomoč

Naslov:Integrating Multi-Physics Modeling within Multi-Objective Optimization to Enhance the Performance and Efficiency of Permanent Magnet Synchronous Machines : doktorska disertacija
Avtorji:ID Garmut, Mitja (Avtor)
ID Petrun, Martin (Mentor) Več o mentorju... Novo okno
Datoteke:.pdf DOK_Garmut_Mitja_2025.pdf (17,79 MB)
MD5: CAE7F9C8C6386556D270FAE487F90B99
 
Jezik:Angleški jezik
Vrsta gradiva:Doktorsko delo/naloga
Tipologija:2.08 - Doktorska disertacija
Organizacija:FERI - Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko
Opis:This Dissertation focuses on the optimization of an Interior Permanent Magnet (IPM) machine for handheld battery-powered tools, aiming to enhance performance and efficiency. The research integrates multi-physics modeling, including electromagnetic Finite Element Method (FEM) and thermal models, to evaluate machine performance under various operating conditions. The performance is evaluated according to selected Key Performance Indicators (KPIs). Further, different control methods, such as Field Oriented Control and Square-Wave Control, impact the performance significantly and are incorporated into the optimization process. Due to the computational challenges of FEM-based performance evaluations in Multi-Objective Optimization (MOO), this work utilizes Artificial Neural Network (ANN)-based meta-models, to accelerate the optimization process while preserving accuracy. The developed meta-models capture nonlinear machine characteristics from the FEM model. These meta-models are then used to evaluate machine performance through a combination of analytical and numerical post-processing methods. Four MOO scenarios are presented, each aimed at optimizing the cross-sectional design of IPM machines, to enhance performance and efficiency while reducing mass and cost. Additionally, these scenarios modify the machine’s electromagnetic behavior, to ensure better alignment with the selected control method. By comparing the optimization process of Scenario 1, which uses direct FEM-based evaluation without time reduction measures, to the approach incorporating Artificial Neural Network based meta-models, the total number of individual FEM evaluations decreased from 2.35×10^9 to 2.03×10^5, without almost any loss of accuracy. This reduced the computation time from 297 years to 9.07 days on our standard desktop computer. The obtained ANN-base meta-models can be used further for other optimizations without the need for additional FEM evaluations. In all four optimization scenarios, the use of meta-models enabled the generation of a Pareto front of the optimal solutions, leading to improved KPIs compared to the reference design. The highest relative improvement occurred in Scenario 1, where the selected optimized machine design achieved a 30% increase in power density compared to the reference design.
Ključne besede:Interior Permanent Magnet (IPM) Machine, Artificial Neural Network (ANN), Meta-Modeling, Multi-Objective Optimization (MOO), Finite Element Method (FEM), Multi-Physics Modeling, Field Oriented Control (FOC), Square-Wave Control (SWC)
Kraj izida:Maribor
Kraj izvedbe:Maribor
Založnik:[M. Garmut]
Leto izida:2025
Št. strani:XXXIX, 145 str.
PID:20.500.12556/DKUM-91651 Novo okno
UDK:621.313.8-048.34(043.3)
COBISS.SI-ID:235945731 Novo okno
Datum objave v DKUM:15.05.2025
Število ogledov:240
Število prenosov:249
Metapodatki:XML DC-XML DC-RDF
Področja:KTFMB - FERI
:
Kopiraj citat
  
Skupna ocena:(0 glasov)
Vaša ocena:Ocenjevanje je dovoljeno samo prijavljenim uporabnikom.
Objavi na:Bookmark and Share



Postavite miškin kazalec na naslov za izpis povzetka. Klik na naslov izpiše podrobnosti ali sproži prenos.

Licence

Licenca:CC BY-NC-ND 4.0, Creative Commons Priznanje avtorstva-Nekomercialno-Brez predelav 4.0 Mednarodna
Povezava:http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/deed.sl
Opis:Najbolj omejujoča licenca Creative Commons. Uporabniki lahko prenesejo in delijo delo v nekomercialne namene in ga ne smejo uporabiti za nobene druge namene.
Začetek licenciranja:09.02.2025

Sekundarni jezik

Jezik:Slovenski jezik
Naslov:Vključitev večfizikalnega modeliranja v večkriterijsko optimizacijo za izboljšanje zmogljivosti in izkoristka sinhronskih strojev s trajnimi magneti
Opis:Doktorska disertacija obravnava optimizacijo stroja s trajnimi magneti, ki poganja baterijsko napajano ročno orodje. Glavni namen optimizacije je bil izboljšava zmogljivosti in izkoristka stroja. Večfizikalno modeliranje, ki zajema elektromagnetni in termični podsistem, smo uporabili za oceno zmogljivosti stroja pod različnimi delovnimi pogoji. Zmogljivost stroja smo ocenili glede na izbrane ključne kazalnike uspešnosti. Poleg tega smo v optimizacijski postopek vključili različne strategije vodenja, kot sta vektorsko vodenje in elektronsko komutiran stroj, saj pomembno vplivata na oceno zmogljivosti stroja. Ovrednotenje zmogljivosti stroja je bilo računsko zelo neučinkovito. To nam je preprečilo neposredno vključitev modelov na osnovi MKE v večkriterijsko optimizacijo, zato smo vpeljali nadomestne modele na osnovi umetnih nevronskih mrež, ki so nadomestili MKE pri vrednotenju zmogljivosti. Nadomestni modeli niso zamenjali celotnega vrednotenja, temveč zgolj vrednotenje magnetnih sklepov, navora ter komponent izgub v železnem jedru v različnih delovnih točkah, pridobljenih iz MKE. Ostalo numerično in analitično vrednotenje smo izvedli na podlagi teh podatkov. Potrebno je izpostaviti, da brez uporabe nadomestnih modelov tako zastavljene večkriterijske optimizacije ne bi mogli izvesti na sodobnih osebnih računalnikih. Brez uporabe nadomestnih modelov in ukrepov za povečanje računske učinkovitosti bi ena optimizacija zahtevala 2.35×10^9 izračunov MKE. Z uporabo teh ukrepov in nadomestnih modelov to število bistveno zmanjšamo na 2.03×10^5 izračunov MKE. Izvedli smo štiri scenarije večkriterijske optimizacije. Vsi štirje scenariji so privedli do tako imenovanih Paretovih krivulj oz. front, ki predstavljajo nabor optimalnih rešitev za vsak posamezen scenarij. Rezultati optimizacij so za vse štiri scenarije vsebovali množico rešitev, kjer sta bila izboljšana oba ključna kazalnika uspešnosti v primerjavi z referenčnim strojem. Za vsak scenarij smo podrobno ovrednotili en izbran stroj. Največjo izboljšavo smo dosegli pri scenariju 1, kjer je izbran stroj imel za 30% večjo gostoto moči v primerjavi z referenčnim strojem. Glavni zaključek disertacije je, da smo z vključitvijo večfizikalnega modela v večkriterijsko optimizacijo izboljšali zmogljivost in izkoristek stroja ter druge ključne kazalnike uspešnosti. Dodatno smo pokazali, da lahko z uporabo optimizacije prilagodimo elektromagnetne karakteristike stroja tako, da je stroj bolje prilagojen za izbran način vodenja.
Ključne besede:stroj s trajnimi magneti, umetna nevronska mreža, nadomestni modeli, večkriterijska optimizacija, metoda končnih elementov, večfizikalno modeliranje, vektorsko vodenje, elektronska komutacija


Komentarji

Dodaj komentar

Za komentiranje se morate prijaviti.

Komentarji (0)
0 - 0 / 0
 
Ni komentarjev!

Nazaj
Logotipi partnerjev Univerza v Mariboru Univerza v Ljubljani Univerza na Primorskem Univerza v Novi Gorici