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1 背景介绍
Ansys optiSLang是一款先进的仿真流程集成与设计优化（PIDO）工具。具有非常灵活开放的仿真流程搭建平台，可以集成100种以上的CAE和CAD工具，帮助企业提升产品设计，包括参数敏感性分析、优化设计、鲁棒性分析和可靠性分析等。
本文以一表贴式永磁同步电机为例，介绍了如何在Workbench中利用optiSLang对Maxwell模型进行优化，本文所述案例基于Ansys 2022R2制作。
本文优化模型为一表贴式永磁同步电机。优化变量有六个，分别为极弧系数poleembrace、磁极厚度magnetthickness、磁极偏心距poleoffset、槽口高度slot_open_hight、槽口宽度slot_open_width及气隙长度airgap。
优化的目标有四个。分别为齿槽转矩峰峰值最小、负载转矩波动率最小、负载转矩平均值最大、永磁体面积最小。
其中，Maxwellproject 中包含两个design。PMSM_cogging用于进行齿槽转矩分析，PMSM_load用于进行负载工况分析
Maxwell project 中包含的两个design
2 方法实现
首先进行Step1操作，即准备Maxwell模型。
首先，两个design的初始设计变量分别按如下给定。
(1) Poleembrace设置为0.85
(2) Magnetthickness设置为6
(3) Poleoffset设置为30
(4) slot_open_width设置为2
(5) slot_open_height设置为1
(6) Airgap设置为1。
初始设计模型
然后对PMSM_cogging进行以下修改。
(1) 转速设置为1deg_per_sec；
(2) Irms设置为0A；
(3) Stop time设置为.5s；
(4) Time step设置为7.5s/30。
然后对PMSM_load进行以下修改。
(1) 转速设置为1500rpm；
(2) Irms设置为100A；
(3) Stop time设置为1/Ele_freq；
(4) Time step设置为1/Ele_freq/TimeSteps。
分析计算PMSM_cogging，得到如下齿槽转矩波形结果，根据结果可知，转矩脉动峰峰值(pk2pk值)为0.6671Nm。
齿槽转矩结果
分析计算PMSM_load，得到如下负载转矩波形结果，根据结果可知，pkavg值为0.0187，转矩平均值(avg值)为74.3839Nm。
负载转矩结果
接着查看PMSM_load的永磁体面积，根据结果可知avg值为0.2625。
查看PMSM_load的永磁体面积
永磁体面积结果
最后，保存并关闭Maxwellproject。
接着进行Step2操作，即新建WB project。
首先激活WB中的optiSLang插件，激活方法如下图所示。
激活optiSLang插件
然后将PM_SyncMotor.aedt拖入WB窗口，保存WB project，双击PMSM_cogging的Geometry标签，即可打开Maxwell模型。
WB中的两个Maxwell模型
接着进行Step3操作，即在WB中修改Maxwell模型设置。
双击PMSM_cogging下的DefaultDesignXplorerSetup，勾选需要优化的变量名。
双击DefaultDesignXplorerSetup
勾选需要优化的变量名(6个变量)
然后添加齿槽转矩pk2pk值，同时将输出变量名改为cogging，如下图所示。
添加齿槽转矩pk2pk值
将输出变量名改为cogging
接着双击双击PMSM_load下的DefaultDesignXplorerSetup，勾选需要优化的变量名。
双击DefaultDesignXplorerSetup
勾选需要优化的变量名(6个变量)
利用同样的方法添加torque、ripple和magnet_area输出变量，操作好后关闭Maxwell。
添加torque、ripple和magnet_area输出变量
接下来双击parameterset，依次将2个Maxwell design的参数绑定，在P8的Expression处填写P1，保证两个Maxwell使用同一套设计变量。
双击parameter set
将2个Maxwell design的参数绑定
接着设置parameterset，设置parameter set的并行任务数，与Maxwell中HPC设置的Task数相同。
设置parameter set的并行任务数
然后计算初始designpoint(DP)，用户需要注意检查WB和Maxwell中的计算结果是否一致。
计算初始design point(DP)
接着进行Step 4 操作，即sensitivity分析。
首先保存文件，然后拖入sensitivity模块，然后定义变量范围，然后一直Next。
拖入sensitivity模块
定义变量范围
Next操作
采用默认的采样设置。
默认采样设置
接着设置采样点数量，然后在Outputs处仅勾选4个响应参数名。
设置采样点数量
在Outputs处仅勾选4个响应参数
设置sensitivity分析DP更新模式为并行，同时设置每轮发送到parameter set的DP数，与Maxwell中HPC设置的Task数相同即可。
sensitivity分析参数设置
然后右键点击AMOP选择Update，即可进行灵敏度分析计算。
AMOP选择Update
接着Update AMOPResults，双击Results可打开MOP后处理界面，查看CoP预后系数矩阵。
CoP预后系数矩阵
接着进行Step5操作，即optimization优化。
将optimization模块拖到sensitivity模块的AMOP标签，此时优化变量范围将会自动继承sensitivity模块设置，然后进行Next操作即可。
optimization模块拖到sensitivity模块的AMOP标签
优化变量范围
然后依次添加优化目标，然后执行Next操作，目标设置如下。
(1) Magnet_area最小
(2) Ripple最小
(3) Torque最大
(4) Cogging最小
添加优化目标
设置默认的优化算法EA(遗传算法)，最后点击finish完成即可。
设置默认的优化算法EA(遗传算法)
然后点击Update进行求解计算，计算完成后即可查看优化结果。
Update求解
查看优化结果
优化结果
然后拖入Pareto 3D，查看3个优化目标组成的帕累托前沿面。
拖入Pareto 3D
Pareto 3D结果
接着拖入Parallel coordinateplot，用户可利用手柄快速筛选优选方案。
拖入Parallel coordinate plot
利用手柄快速筛选优选方案
更多optiSLang优化功能用户可参考optiSLang帮助文档。
用户可对优化结果进行有限元验证，首先在Validator处右击选择Update，然后在Result处右击选择Update即可。
Validator处右击选择Update
Result处右击选择Update
最后可查看有限元验证后的结果。
查看结果
有限元验证后结果
3 总结
Ansys optiSLang是一款先进的仿真流程集成与设计优化（PIDO）工具。具有非常灵活开放的仿真流程搭建平台，可以集成100种以上的CAE和CAD工具，帮助企业提升产品设计，包括参数敏感性分析、优化设计、鲁棒性分析和可靠性分析等。本文以一表贴式永磁同步电机为例，介绍了如何在Workbench中利用optiSLang对Maxwell模型进行优化。通过对极弧系数、磁极厚度、磁极偏心距、槽口高度、槽口宽度及气隙长度等6个变量进行优化，优化目标为齿槽转矩峰峰值最小、负载转矩波动率最小、负载转矩平均值最大、永磁体面积最小，最终经过Ansys optiSLang的优化迭代计算，达到了优化目标。
审核编辑：刘清
工商网监
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