多工况磁芯损耗建模与预测

魏 喆
上海理工大学

摘要


针对温度、频率、励磁波形和材料共同作用下的磁芯损耗预测问题，建立温度修正Steinmetz模型、多因素交互作用模型和随机森林模型。首先由周期磁通密度序列提取峰值磁通密度，并对材料1的1067个正弦励磁样本进行按温度分层的5折交叉验证；随后对全部12400个样本建立对数损耗交互模型，并采用HC3异方差稳健方差分析；最后按“材料—波形—温度—频率”工况分组，重复验证随机森林的预测性能。结果表明，温度修正使Steinmetz模型的MAPE由29.55%±1.41%降至22.60%±0.64%，R2由0.9393±0.0047提高至0.9692±0.0068，但50℃组误差上升。温度、波形、材料的主效应及其两两交互均显著，其中材料×温度效应较小。随机森林在工况分组测试中取得R2=0.9797±0.0028、MAPE=15.12%±0.68%。研究表明，温度修正能够改善限定工况下的总体拟合，但局部温度适用性仍需检验；工况分组验证可降低相近样本造成的乐观偏差，为磁芯损耗模型的合理选用提供依据。

关键词


磁芯损耗；Steinmetz方程；温度修正；交互作用；随机森林

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DOI: http://dx.doi.org/10.12361/2661-3506-08-09-163732

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