毕设论文

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本科毕业设计论文题 目 开关磁阻电机自主优化设计方法研究与CAD 实现专业名称 电气工程及其自动化学生姓名 雷 伟指导教师 宋受俊毕业时间 2013年6月任务书一、题目开关磁阻电机自主优化设计方法研究与CAD 实现二、研究主要内容选题来源:国家自然科学基金研究内容:对开关磁阻电机优化设计方法进行研究,并基于此编写CAD 优化设计软件。

研究方法:首先掌握开关磁阻电机传统设计方法,并对包括遗传算法在内的优化算法的性能进行研究与改进,然后针对一定的性能要求及约束对开关磁阻电机进行优化设计,最后利用C++ Builder 开发计算机辅助优化设计软件,以达到缩短电机设计周期,提高设计精度的目的。

三、主要技术指标优化算法:通过对传统优化算法的改进,使其能够实现多参数、多目标优化,并在收敛快速性与结果准确度之间达到合理平衡,避免陷入局部最优。

CAD 软件:应包括传统设计和优化设计两个主要功能,以及图形化显示、加工图输出、报表生成、联机帮助等辅助功能。

采用多窗口及模块化管理技术,使软件具有友好的人机交互界面,灵活的操作流程,较强的可扩展性。

四、进度和要求1周资料收集,总体框架设计; 2—3周 对开关磁阻电机传统设计方法进行研究; 4—6周对遗传算法等典型优化算法进行对比研究,对其性能进行仿真分析与改进; 7—9周对电机主要尺寸进行敏感性分析,并针对一定的性能要求及约束,利用改进后的优化算法对电机几何尺寸进行优化; 10—13周利用C++ Builder 编写计算机辅助优化设计软件; 14—15周对优化方法及设计软件性能进行全面测试与改进; 16周撰写毕设报告。

设计论文五、主要参考书及参考资料[1]R. Krishnan, Switched Reluctance Motor Drives Modeling, Simulation, Analysis, Design,and Applications, USA: CRC Press, 2001, pp.55-106.[2]陆卫忠, 刘文亮等, “C++ Builder 6 程序设计教程,”北京: 科学出版社, 2009.[3]贾好来, 吝伶艳等, “电机CAD技术,”北京: 中国电力出版社, 2010.[4]Torrey, D.A;, "Switched reluctance generators and their control," Industrial Electronics, IEEETransactions on , vo1.49, no.l, ppJ-14, Feb 2002.[5]S. Owatchaiphong, C. Carstensen and R. W. De Doncker. Optimization of Predesign ofSwitched Reluctance Machines Cross Section Using Genetic Algorithms. 7th International Conference on Power Electronics and Drive Systems, pp. 707-711, 2007.[6]白凤仙, 邵玉槐, 孙建中. 利用智能型模拟退火算法进行开关磁阻电机磁极几何形状的优化. 中国电机工程学报, 23(1): 126-131, 2003.[7]王立, 刘景林, 王刚, “参数化绘图功能在开关磁阻电机CAD系统中的实现,”微电机,43(10): 16-18, 2010.学生___________ 指导教师___________ 系主任___________摘要绕组电流的非正弦性以及铁心磁密的高饱和性给开关磁阻电机(SRM)设计造成了极大困难,现有设计及优化方法难以得到最优性能且缺乏自主性。

本文主要对开关磁阻电机的优化设计展开理论研究和仿真分析。

较低的运行效率以及显著的转矩脉动极大地限制了SRM的应用及推广,如何对电机本体进行优化设计以突破技术瓶颈,已成为目前的研究热点及难点。

通过对电机设计参数的分析发现定转子极弧和转子外径对电机的转矩脉动以及效率都有较大的影响。

因此,本文将定转子极弧、转子外径作为优化变量,转矩波动系数与效率作为优化目标对电机进行优化。

通过对几种优化算法的对比研究,本文选择的优化方法是粒子群算法。

粒子群算法具有搜索速度快、效率高、算法简单、适合于实值型处理等优点。

但是,对于离散的优化问题,粒子群算法容易陷入局部最优。

为了解决粒子群算法的这一缺点,本文借鉴了模拟退火算法,在更新粒子的时候利用一个概率函数选择性接受一些较差的粒子,这样可以有效地避免陷入局部最优。

最后,根据改进后的算法编写了CAD软件。

关键词:开关磁阻电机,优化设计,粒子群算法,模拟退火算法,CAD软件。

ABSTRACTNon-sinusoidal of winding current and high saturation of iron core cause great difficulties for switched reluctance machine (SRM) design, and the existing design and optimization methods are difficult to get optimal performance and lack of autonomy. This paper focuses on the theoretical study and simulation analysis of SRM optimal design.Low efficiency and significant torque ripple greatly limit the application and popularization of SRM. How to optimize the machine to break through technical bottlenecks has become the research hotspot and difficulty. By the analysis of design parameters, it’s found that the stator and rotor pole arc, the rotor diameter have a great influence on torque ripple and efficiency. Therefore, this paper makes rotor pole arc, stator pole arc and rotor diameter as optimization variables, and torque ripple coefficient and efficiency optimization goal.Through comparative study of several optimization algorithms, the paper selected particle swarm optimization (PSO), which has high search speed, high efficiency, simple algorithm, and is suitable for real value type processing. But, for discrete optimization problem it’s easy to fall into local optimum. In order to solve the problem, this paper introduces simulate anneal arithmetic. When updating the particle, a probability function is used to selectively accept some poor particles, which can effectively avoid getting into local optimum. Finally, CAD software is developed based on the improved algorithm.Key words: switched reluctance machine, optimal design, particle swarm optimization (PSO), simulated annealing algorithm, CAD software.目录第一章绪论 (1)1-1 本文的研究目的和意义 (1)1-2 开关磁阻电机的发展概况 (1)1-3 开关磁阻电机的研究概况 (5)1-3-1开关磁阻电机的分析 (5)1-3-2开关磁阻电机的设计 (6)1-4本文主要研究内容 (7)第二章开关磁阻电机的基本介绍 (9)2-1 开关磁阻电机基本结构和原理 (9)2-2 开关磁阻电机的数学模型 (11)2-3 开关磁阻电机的线性模型 (12)2-4本章小结 (13)第三章开关磁阻电机的设计与优化算法 (14)3-1开关磁阻电机的设计 (14)3-2几种新型优化算法介绍 (15)3-2-1 遗传算法 (17)3-2-2 模拟退火算法 (18)3-2-3粒子群算法 (19)3-2-4蚁群算法 (21)3-3本章小结 (23)第四章开关磁阻电机的优化设计 (24)4-1初始设计及性能核算 (24)4-1-1设计指标 (24)4-1-2尺寸计算 (24)4-1-3控制参数计算 (25)4-1-4性能的初步核算 (26)4-1-5关键尺寸敏感性分析 (26)4-2粒子群算法的改进 (27)4-2-1标准粒子群算法 (28)4-2-2模拟退火算法 (29)4-2-3混合算法 (30)4-2-4仿真计算 (30)4-3开关磁阻电机自主优化 (31)4-4 本章小结 (32)第五章开关磁阻电机CAD优化设计软件 (34)5-1 电机CAD技术的现状与发展 (34)5-2电机CAD的特点与研究内容 (35)5-2-1 电机CAD (35)5-2-2 C++builder介绍 (36)5-3 CAD优化软件 (37)第六章全文总结 (41)参考文献 (42)致谢 (44)毕业设计总结 (45)第一章绪论1-1 本文的研究目的和意义开关磁阻电机(SRM)是双凸极结构,转子上既无绕组也无永磁体,定子各极上绕有集中绕组。