電機(jī)智能設(shè)計(jì)方法

前言

　　電機(jī)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（computer aided design，CAD）技術(shù)的發(fā)展，將設(shè)計(jì)人員從繁瑣的數(shù)值計(jì)算和手工繪圖中解放出來(lái)，極大地提高了設(shè)計(jì)效率，縮短了產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期。然而，電機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程不僅涉及大量基于物理模型和數(shù)值處理的計(jì)算型工作，還需要設(shè)計(jì)人員發(fā)揮自己的創(chuàng)造性，應(yīng)用多學(xué)科知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，分析推理、運(yùn)籌決策、綜合評(píng)價(jià)，才能取得合理的結(jié)果。傳統(tǒng)CAD技術(shù)在數(shù)值計(jì)算和圖形繪制上擴(kuò)展了人的能力，可以比較圓滿地完成計(jì)算型工作，但對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程中所涉及的智能決策行為卻無(wú)能為力。人工智能技術(shù)的發(fā)展為解決電機(jī)CAD技術(shù)的這一瓶頸問(wèn)題提供了新的思路。研究電機(jī)智能設(shè)計(jì)技術(shù)，將人工智能技術(shù)與電機(jī)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)有機(jī)結(jié)合，各取所長(zhǎng)，能夠使計(jì)算機(jī)參與電機(jī)設(shè)計(jì)的方案決策、性能分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)等全過(guò)程，大幅度提高設(shè)計(jì)自動(dòng)化的水平，進(jìn)而大大提高設(shè)計(jì)工作的效率和質(zhì)量。　　本書作者自20世紀(jì)90年代中期開(kāi)始從事電機(jī)智能設(shè)計(jì)領(lǐng)域的研究工作，十余年來(lái)，先后完成了多項(xiàng)電機(jī)智能設(shè)計(jì)相關(guān)課題，開(kāi)發(fā)了多種電機(jī)類型的電機(jī)智能CAD系統(tǒng)。本書就是作者在電機(jī)智能設(shè)計(jì)領(lǐng)域研究成果的總結(jié)，同時(shí)也參考了國(guó)內(nèi)外這一領(lǐng)域研究前沿的學(xué)術(shù)文獻(xiàn)，其內(nèi)容既反映了電機(jī)智能設(shè)計(jì)研究的熱點(diǎn)、前沿及發(fā)展方向，也包括了一些較為成熟的理論和技術(shù)。全書由四部分組成：第一章是緒論；第二至第四章組成了基礎(chǔ)篇，該篇圍繞電機(jī)智能設(shè)計(jì)這一主題，介紹了電機(jī)智能設(shè)計(jì)所涉及的電機(jī)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)（第二章）、電機(jī)CAD基礎(chǔ)知識(shí)（第三章）以及智能設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)（第四章）；技術(shù)篇由第五至第八章組成，該篇介紹了電機(jī)智能設(shè)計(jì)的具體方法和開(kāi)發(fā)實(shí)例，包括基于模糊邏輯的電機(jī)設(shè)計(jì)綜合評(píng)價(jià)方法（第五章）、基于實(shí)例推理技術(shù)的電機(jī)初始設(shè)計(jì)方法（第六章）、基于混合型專家系統(tǒng)技術(shù)的電機(jī)調(diào)整設(shè)計(jì)方法（第七章），以及基于遺傳算法的電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法（第八章）；第九章為展望篇，從智能化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化的角度對(duì)電機(jī)CAD設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了分析，提出了基于網(wǎng)絡(luò)的電機(jī)設(shè)計(jì)智能集成平臺(tái)的概念?！　”緯⒅叵到y(tǒng)性和可讀性，力求準(zhǔn)確無(wú)誤、深入淺出。全書既有較強(qiáng)的理論性，注意介紹基本理論和基本概念，同時(shí)又兼顧工程實(shí)際，結(jié)合作者開(kāi)發(fā)相關(guān)電機(jī)智能CAD系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)體會(huì)，詳細(xì)闡述不同智能設(shè)計(jì)方法的實(shí)現(xiàn)策略，希望能夠給電機(jī)智能CAD系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)者提供參考和幫助。

內(nèi)容概要

本書主要圍繞電機(jī)智能設(shè)計(jì)的基本理論和方法，詳細(xì)闡述了近年來(lái)形成的適于CAD系統(tǒng)的電機(jī)智能設(shè)計(jì)方法。全書分為緒論、基礎(chǔ)篇、技術(shù)篇和展望篇四大部分。第一章是本書的緒論篇。第二至第四章組成了基礎(chǔ)篇，該篇圍繞電機(jī)智能設(shè)計(jì)這一主題，介紹了電機(jī)智能設(shè)計(jì)所涉及的電機(jī)設(shè)計(jì)、電機(jī)CAD基礎(chǔ)以及智能設(shè)計(jì)的理論和方法。第五至第八章組成了技術(shù)篇，該篇介紹了電機(jī)智能設(shè)計(jì)的具體方法和開(kāi)發(fā)實(shí)例，包括基于模糊邏輯的電機(jī)設(shè)計(jì)綜合評(píng)價(jià)方法、基于實(shí)例推理技術(shù)的電機(jī)初始設(shè)計(jì)方法、基于混合型專家系統(tǒng)的電機(jī)調(diào)整設(shè)計(jì)方法和基于遺傳算法的電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。第九章為展望篇，從智能化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化的角度對(duì)電機(jī)CAD技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了分析，提出了基于網(wǎng)絡(luò)的電機(jī)設(shè)計(jì)智能集成平臺(tái)的概念。    本書既有較強(qiáng)的理論性，注意介紹基本理論和基本概念，同時(shí)又兼顧工程實(shí)際，反映了作者近十幾年來(lái)從事電機(jī)智能設(shè)計(jì)研究和開(kāi)發(fā)的科研成果和國(guó)內(nèi)外的研究進(jìn)展，可供從事電機(jī)CAD的工程技術(shù)人員參考，也可作為高等學(xué)校電機(jī)與電器專業(yè)的研究生教材；還可作為電工類專業(yè)、自動(dòng)控制類專業(yè)的師生或有關(guān)技術(shù)人員的教學(xué)參考書或繼續(xù)教育教材。

作者簡(jiǎn)介

方瑞明，男，1972年8月生，江西宜春人，漢族，教授，碩士生導(dǎo)師。2002年在東南大學(xué)電氣工程系獲得博士學(xué)位?，F(xiàn)任華僑大學(xué)電氣工程系主任，中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司“艦船綜合電力技術(shù)”國(guó)防重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室客座教授，福建省新世紀(jì)優(yōu)秀人才入選者。曾任日本神戶大學(xué)客座研究員。
    主要從事電機(jī)電器智能設(shè)計(jì)、電力設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)與故障診斷和新能源發(fā)電技術(shù)等方面的教學(xué)和科研工作。近年來(lái)，主持或參與完成了多個(gè)國(guó)家、省部級(jí)科研項(xiàng)目，其中獲得部級(jí)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)一項(xiàng)。在國(guó)內(nèi)外各類刊物和重要學(xué)術(shù)會(huì)議上發(fā)表學(xué)術(shù)論文六十余篇，其中被SCI、EI、ISTP收錄二十九篇。獨(dú)立和合作撰寫學(xué)術(shù)專著、教材四部

書籍目錄

前言緒論　第一章  緒論    1.1　電機(jī)CAD技術(shù)的發(fā)展概況    1.2  問(wèn)題的癥結(jié)    1.3  從常規(guī)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)到智能設(shè)計(jì)    參考文獻(xiàn)  基  礎(chǔ)  篇　第二章  電機(jī)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論與方法    2.1  基于變參數(shù)模型的電磁設(shè)計(jì)分析方法    2.2  計(jì)及轉(zhuǎn)子集膚效應(yīng)影響分析  　  2.2.1  半開(kāi)口槽模型   　 2.2.2  閉口槽模型    　2.2.3  計(jì)算實(shí)例    2.3  計(jì)及電源中時(shí)間諧波的影響分析    　2.3.1  時(shí)間諧波分量對(duì)定子電流的影響    　2.3.2  時(shí)間諧波分量對(duì)電機(jī)效率的影響    　2.3.3  時(shí)間諧波分量對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的影響    　2.3.4  計(jì)及諧波影響的等效電路    　2.3.5  基于諧波分析法的變頻電機(jī)分析計(jì)算    　2.3.6　實(shí)例與分析  　2.4  電機(jī)直接設(shè)計(jì)綜合法   　 2.4.1  Levi的直接設(shè)計(jì)綜合法      　2.4.2  改進(jìn)的直接設(shè)計(jì)綜合法    2.5  小結(jié)      參考文獻(xiàn)　第三章  電機(jī)CAD的基本理論與方法      3.1  電機(jī)CAD的一般過(guò)程 　   3.1.1  電機(jī)電磁設(shè)計(jì)內(nèi)容和一般步驟  　  3.1.2  電機(jī)CAD的一般過(guò)程    3.2  開(kāi)放式電機(jī)CAD集成系統(tǒng)   　 3.2.1  軟件評(píng)價(jià)原則    　3.2.2  當(dāng)前電機(jī)CAD系統(tǒng)的主要問(wèn)題分析    　3.2.3  開(kāi)放式電機(jī)CAD集成系統(tǒng)的軟件思想  　  3.2.4  開(kāi)放式電機(jī)CAD集成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)    　  3.2.5  開(kāi)放式電機(jī)CAD集成系統(tǒng)的三視圖模型  　  3.2.6  開(kāi)放式電機(jī)CAD集成系統(tǒng)的面向?qū)ο蠓治?   　  3.2.7  開(kāi)放式電機(jī)CAD集成系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)      3.3  開(kāi)放式電機(jī)CAD集成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型與數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)   　 3.3.1  開(kāi)放式電機(jī)CAD集成系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析   　 3.3.2  開(kāi)放式電機(jī)CAD系統(tǒng)數(shù)據(jù)的模塊化分析   　 3.3.3  開(kāi)放式電機(jī)CAD系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)   　 3.3.4  開(kāi)放式電機(jī)CAD集成系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)   　 3.3.5  數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的安全模式    3.4  開(kāi)放式電機(jī)CAD集成系統(tǒng)的人機(jī)界面設(shè)計(jì)  　  3.4.1  人機(jī)界面設(shè)計(jì)及原則     　 3.4.2  開(kāi)放式電機(jī)CAD集成系統(tǒng)的人機(jī)界面設(shè)計(jì)    3.5  小結(jié)      參考文獻(xiàn)　第四章  智能設(shè)計(jì)的基本理論與方法  　4.1　智能設(shè)計(jì)的基本概念    　4.1.1  智能設(shè)計(jì)的內(nèi)涵    　4.1.2  智能設(shè)計(jì)的發(fā)展階段      　4.1.3  智能設(shè)計(jì)的層次    　4.1.4  智能設(shè)計(jì)的特點(diǎn)  　4.2  智能設(shè)計(jì)的主要方法  　4.3  電機(jī)智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)    　4.3.1  電機(jī)智能設(shè)計(jì)流程分析　　  4.3.2  電機(jī)智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思想      　4.3.3  電機(jī)智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)    　4.3.4  電機(jī)智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)    4.4  支持向量機(jī)在電機(jī)分析仿真中的應(yīng)用　    4.4.1  支持向量機(jī)的基本原理　　　……技術(shù)篇展望篇

章節(jié)摘錄

　　第二章　電機(jī)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論與方法　　電機(jī)設(shè)計(jì)是一個(gè)由性能空間（用戶設(shè)計(jì)要求）向幾何結(jié)構(gòu)空間（電機(jī)制造參數(shù)）映射的過(guò)程，它涉及設(shè)計(jì)分析、設(shè)計(jì)綜合。設(shè)計(jì)分析是由給定的設(shè)計(jì)方案計(jì)算其性能指標(biāo)的過(guò)程，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法主要采用嘗試設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)者依據(jù)初始方案的設(shè)計(jì)分析結(jié)果采取適當(dāng)?shù)姆椒ㄅc步驟來(lái)調(diào)整與改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，使其達(dá)到要求的設(shè)計(jì)指標(biāo)。在現(xiàn)代常采用的優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，目標(biāo)函數(shù)與約束函數(shù)的確定均要依賴于設(shè)計(jì)分析過(guò)程求解，因此設(shè)計(jì)分析是電機(jī)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)綜合則是根據(jù)用戶提出的數(shù)據(jù)和性能指標(biāo)尋求滿足這些要求的設(shè)計(jì)方案的過(guò)程。因而它與設(shè)計(jì)分析是互逆的。近年來(lái)，以高速電機(jī)、高效電機(jī)、高力矩電機(jī)等為代表的特性電機(jī)產(chǎn)品需求越來(lái)越廣泛，這就要求設(shè)計(jì)方案的求得不能拘泥于傳統(tǒng)的嘗試設(shè)計(jì)過(guò)程，直接從用戶需求出發(fā)的設(shè)計(jì)綜合方法將有更廣闊的應(yīng)用前景。因此，本章將以異步電機(jī)為對(duì)象，首先介紹基于變參數(shù)模型的電磁校核計(jì)算分析方法，以及其所涉及的集膚效應(yīng)、諧波效應(yīng)等特殊問(wèn)題的處理，最后給出一種基于用戶設(shè)計(jì)要求直接確定設(shè)計(jì)方案的改進(jìn)直接設(shè)計(jì)綜合法。　　2.1基于變參數(shù)模型的電磁設(shè)計(jì)分析方法　　設(shè)計(jì)分析過(guò)程通常要從準(zhǔn)確性、通用性及計(jì)算功能三個(gè)主要方面來(lái)考慮。設(shè)計(jì)分析的準(zhǔn)確性是指電機(jī)性能指標(biāo)的實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)分析得出的計(jì)算值的吻合程度，它反映了在設(shè)計(jì)階段能否準(zhǔn)確掌握電機(jī)電磁變化的實(shí)際規(guī)律，是考核設(shè)計(jì)系統(tǒng)水平的首要標(biāo)志，準(zhǔn)確性高可以有效地提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，減少樣機(jī)試制環(huán)節(jié)。設(shè)計(jì)分析的通用性是指其適用范圍的大小，它反映了設(shè)計(jì)系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，及對(duì)新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)能力，這是研究設(shè)計(jì)分析方法時(shí)應(yīng)加以重視的，過(guò)多使用經(jīng)驗(yàn)公式曲線，是影響通用性的重要因素。計(jì)算功能強(qiáng)的設(shè)計(jì)分析程序可以向設(shè)計(jì)者提供更詳盡的分析結(jié)果，以利于更全面地了解電機(jī)的運(yùn)行性能。

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