永磁直流电动机CAD系统开发与优化设计研究

摘要

永磁直流电动机的研发和设计离不开电机CAD技术，CAD技术能够大大缩短电机研发设计的周期，减少电机设计人员工作量，提高设计精度。国内不少中小型电机生产厂家对高集成度、功能较为齐全的永磁直流电动机CAD系统有着较为迫切的需求。本课题研究工作的主要目的是对永磁直流电动机CAD系统进行设计与开发，并通过分析和选用优化算法对电机进行优化设计研究。
　　本文完成的主要研究工作可分为以下几个方面:
　　1.研究并整理电机设计理论知识，查阅大量文献和资料，以国内某电机研究所提供的永磁直流电动机各计算模块的计算公式为基础，对永磁直流电动机设计中影响电机性能的主要部件如磁钢、电枢冲片等进行了介绍与分析，建立了永磁直流电动机设计模型。
　　2.针对国内永磁直流电动机CAD系统的需求现状，本文对永磁直流电动机CAD系统进行了详细的需求分析，建立了完整的系统框架。应用VB编程语言和VB6.0编程平台对CAD系统进行了编程开发，并对AutoCAD进行了二次开发实现CAD系统的电机部件绘图功能。应用插值法和迭代法解决编程中遇到的算法问题后，本文设计并开发完成的CAD系统具有校核计算功能、新设计计算功能、数据库管理功能、电机工作特性曲线绘制功能和电机部件绘图功能等。在CAD系统设计开发完成后，对CAD系统进行了测试，通过与国内某电机研究所提供的设计算例进行对比，验证CAD系统的可靠性。
　　3.在实现了系统的基础功能后，本文分析研究了影响永磁直流电动机性能的主要可变设计参数，对电机优化设计中的优化目标、优化设计变量以及约束函数进行了分析研究。本文对比研究了传统优化算法中正多面体法和现代智能优化算法中的粒子群法，对两种优化算法编程后进行电机优化计算的实验和对比，分析比较了两种优化算法的优劣，对优化算法在电机优化设计中的适用情况进行了分析讨论，并完成了优化设计模块的开发。
　　综上所述，根据本文的研究工作，作者设计并开发了一个完整的永磁直流电动机CAD系统，该系统人机界面交互友好、集成度高、功能齐全。在此基础上本文还进行了电机优化设计和优化算法的研究和对比，得出永磁直流电动机优化设计的适用优化方案和优化算法的相关结论。本文所设计开发的CAD系统适用于电机生产厂家对小型永磁直流电动机进行设计分析，具有一定的实用价值。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及选题意义

1．2 电机CAD介绍

1．2．1 CAD意义

1．2．2 电机CAD发展

1．2．3 电机CAD的国内外现状

1．3 优化算法的发展及现状

1．4 永磁直流电动机的分类及应用

1．4．1 永磁直流电动机的分类

1．4．2 永磁直流电动机的应用

1．5 论文研究的内容

1．6 各章节主要安排

第2章 永磁直流电动机模型与设计

2．1 永磁直流电动机的基本原理

2．2 永磁直流电动机的重要组成部分

2．3 电机主要材料的选取及设计

2．3．1 磁钢的选取和设计

2．3．2 电枢冲片的种类和选取

2．4 电机设计主要技术指标和参数计算

2．4．1 主要技术指标

2．4．2 主要尺寸确定

2．4．3 磁路计算

2．4．4 电路计算

2．4．5 换向计算

2．4．6 去磁计算

2．4．7 损耗计算

2．4．8 工作特性计算

2．4．9 温升计算

2．5 本章小结

第3章 永磁直流电动机CAD系统的具体实现

3．1 CAD系统设计原则

3．1．1 软件可行性分析

3．1．2 系统需求决定系统设计

3．1．3 应用环境决定软件编程平台

3．1．4 模块化

3．1．5 可靠性验证

3．2 软件的结构

3．3 软件中数据库的应用

3．3．1 数据库的选择

3．3．2 数据库的结构

3．3．3 数据库的连接及操作

3．4 软件开发中部分算法问题的解决

3．4．1 插值法求解数值查表问题

3．4．2 多迭代的数据库查表求交点问题

3．5 校核计算与新设计计算模块开发

3．5．1 校核计算模块的实现

3．5．2 校核计算实例

3．5．3 新设计计算模块

3．6 工作特性曲线图的制作及分析

3．6．1 工作特性曲线绘图模块的实现

3．6．2 曲线绘图模块编程注意事项

3．6．3 曲线绘图模块示例

3．7 电机部件绘图模块二次开发

3．8 设计结果的保存及显示

3．9 软件运行环境及应用范围

3．10 本章小结

第4章 电机的优化设计和优化算法研究

4．1 永磁直流电动机优化设计意义与特点

4．2 优化设计数学模型

4．2．1 优化目标的确定

4．2．2 优化变量的选取

4．2．3 优化约束函数的选取

4．3 优化算法的选取

4．4 传统优化算法中正多面体优化法

4．4．1 正多面体法基本原理

4．4．2 正多面体顶点构造

4．4．3 正多面体法优化流程

4．4．4 正多面体法中约束函数的处理

4．4．5 正多面体优化算法在本设计中优化计算的试用

4．5 智能优化算法中粒子群法的研究

4．5．1 粒子群优化算法基本原理

4．5．2 基本粒子群优化算法流程

4．5．3 带有惯性因子的改进型粒子群算法

4．5．4 粒子群优化算法约束函数的处理

4．5．5 粒子群优化算法在本设计中的应用

4．6 永磁直流电动机优化前后对比与研究

4．7 两种优化算法的对比

4．8 电机优化设计的拓展

4．8．1 以电机材料成本作为优化目标

4．8．2 多目标优化

4．9 CAD系统中优化设计模块的实现

4．10 本章小结

第5章 全文总结

5．1 工作总结

5．2 后续工作展望

参考文献

附录

攻读硕士期间科研成果

致谢

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