第一节 概述

一、电机设计中计算机的应用概述

从⁴⁰年代电子计算机的出现，各种功能日益完善的巨型计算机、小型计算机和擻型计算 机不断发展。应用计算机辅助设计（CAD)、辅助试验（CAT)和辅助制造（CAM)已成为必 然趋势^

电机制造工业巳有100多年的历史。目前大多数电机，特别是普通异步电动机，产品结 构已经典型化。设计方法和计算机程序也趋于成熟。科学技术的进一步发展和市场经济的变 化，对电机产品的设计和制造在质董及时间上提出了更高的要求，希望电机产品具备更高的 经济技术标，以更少的材料和能源消耗达到运行可靠、质置上乘的目标_t电子计算机不仅 作为高速运算工具来代替繁杂的手工计箅，而且可以发挥其储存功能、逻辑判断功能和绘图功能，采用计算机辅助设计后可以使设计周期缩短，设计质量提高，设计方案更趋合理，计 算更加精确，工效可以大大提高。

随着经济的发展，新技术的不断涌现，要求电机的品种、规格不断增加，以满足各种控 制、驱动、能源系统的需要为了迅速更新电机产品，缩短设计周期，增强产品的竞争能力，，也迫切要求电机设计工作从繁杂的手工计算中解放出来。随着科学技术的发展，对电机产品除电磁性能外，对其它指标也提出量的要求。以往由于手工计算十分困难，甚至无法精确地 ^算出结果，用广要求的某些技术数据往往无法提供。计算机的应用将很容易地解决诸如噪 声分析计算、起动时间和起动发热、转子温度分布、附加损耗、_Tt_S曲线以及其它特性曲线、 精确的机械强度和轴承计算等问題，同时可以使材料得到最佳利用。

二、 在电机设计+应用计算机的发层过程

国外在电机行业应用电子计算机进行电机设计始于50年代。用计算机进行电机设计的发 展过程大致经历了 “设计分析”、“综合设计”、“优化设计”三个阶段。目前，国内各种规模 的生产企业广泛应用的仍是“设计分析”，但“综合设计”也在逐步扩充其应用范围。

一)设计分析

设计分析程序是按设丨十人员事先估计好的各设计参量，依—定程序步骤计算产品的性能，实际上是设计的核算。计算机的使用起到高速计算的作用，用来对设计方案进行计算分析，而对计算结果的评价及设计方案的调整仍需由设计者决定。设计分析程序从₅₀年代开始应用，这方面以C.G.Veinott的工作最具代表性。他对异步电机设计进行了大董的研究，并在IBM650计算机上完成了大童的编译运算^ ₁₉₅⁴年提出数宇计算机执行重复计算方法，解脱了设计人员的繁重劳动.此法是经过多次重复计算，最终取得一个符合性能要求的较佳方案^设计分析程序在电机设计中占有十分重要地位，它是设计综合和设计优化的基础.

(二） 综合设计

综合设计程序是根据已知的性能要求，决定电机各设计参量的程序，它可在规定的产品 性能和技术条件下，自动选择适当的设计参数和结构尺寸，得出满足要求的许多可行方案，以‘供设计人员凭经验来挑选综合程序实质上是自动修改并重复分析设计方案以满足给定标准 的一种程序•在使用设计分析程序时_t设计人员必须花一、定时间去分析各个方案的计算结果， 然后人为地调整某些设计数据，为下次计算作准备，经过i复后才能得到满意的设计方案。而 在综合设计程序中，这些过程都在计算机内自动地进行，因此大大缩短了设计时间₁₉₆₇年有人提出了一种应用迭代方法井结合预知的电机参数的综合程序。通过对绕组，冲片等主要参数，尺寸进行搜索，此时所选参数的变化方向和步长在每次循环之后，可以根据计算结果 随机改变或插入中间决定，综合设计发挥计算机的逻辑判断功能，比分析设计进了一步，综合设计可以自动选择绕组参数，自动选择槽形尺寸，自动调整设计参量利用主要设计参量 的循环还可以得到许多方案。

(三） 优化设计

优化设计程序是对设计问題提出明确的数学模型，然后依据现代数学的寻优理论并采用 优化方法，自动得到较优或最优方案的程序。优化设计程序是近几年才开始在实际问题中应 用，且仍在进行多方面探索的一种程序。从1966年以来，陆续发表了不少文聿介绍优化设计 程序，其特点是对设计任务有明确的数学槙逝，依据现代数学的寻优理论一多数是应用数 学规划的方法，采用优化技巧，大部分是采用数值方法，从而避免了严格的数学方程和求解 函数的导数：

三、设计程序的编制

计算机辅助设计由以下几个环节完成：选择对象、数学插述、数值处理、编制程序、数 据整理、程序检检、运算及输出结果，计算机虽是一种能自动、高速计算时工真，具有很强 的存储功能和逻辑判断功能，但它毕竞还只是人类的几种工具，本身不能进行创造性思维，只会按照人的意志，一步一步地按人们事先编好的程序去执行。因此，编制程序是计算机辅助 设计中的一个关键，也是相当费时间的工作.

(一)选定计算机机型和程序语言 

由于计算机的迅速发展和普及，其型号不断更新，但普通计算机都可以用于电机的辅助设计上，如进口的IBM-PC/XT，AT，386, 486，国产长城0520等。

每种计算机通常都配有数种可供选择的髙级算法语言，FORTRAN, BASIC、ALGOL都 是适合工程计算的语言。本章所述的程序均使用fortran语言^

(二）正式编制程序之前需要准备好的原始资料

（1）手工设计计算时的计算公式的整理和分块归类

（2）将不适于计算机使用的图表、曲线改造成有关的数学公式。

（3）电机的规格、型号及性能指标值.

（4）需要插值计算的常用曲线图表的数组处理.

（5）随设计类型而异的设计控制数组，如分析数组，综合数组和优化数组。

（6）设计中所准备采用的计算方法。

(7) 要打印输出.的计算结果及主要的中间量。

(8)甩于验证程序的计算单，即经过手工计算的有中间结果和最后结果的计算单。

(三） 构思焊序的总框图

在源程序正式编写以前，应根据设计流程和计算逻辑画出程序的总框图。对初学者或对 较复杂的程序是必不可少的•框图可作为编制程序时的依据，同时又便于对源程序的阅读和 修改。总框图应力求清晰、明了、能简明而形象地表达程序的逻辑思想，反映程序的基本结 构和计算层次，给人以一目了然之感*除总框图外，对于程序中的一些重要细节或难点，可以另外画出详细的分框图，作为对总框图的补充。

(四）编写源程序

用FORTRAN语言编写源程序是一项细致工作，主要根据设计总框图和准备好的原始资 料进行，同时又要注意计箅机对使用算法语言方面的一些特殊规定或限制，选用合适的变童、 标识符，具有直观性、系统性、规律性。不要一时贪快急于上机试算，宁稳勿急，不要存侥. 幸心理，要仔细推敲。只有这样，才能收到事半功倍的效杲，使以后上机调试工作顺利进

(五）检査源程序

源程序编写完毕后，还须先认真检査以下各内容。

(1) 语法检査检査所用的程序语句、格式，有无违反算法语言各项规定，各变貴标识符是否合理，有无重复混

(2) 公式检査核对计算公式及營纲的正确性。

(3) 结构检査检査主程序及转向目标是否符合框图和各子程序与主程序的合理联结.

(六）调试源程序

把经过检査的源程序在计算机上键入内存或存入磁盘后经核对便可开始程序的调试工作，这是程序投入正式使用前的一个重要步骤，也是程序经受实践检验的过程。调试过程中主要进行两种检査：语法楫査和结果检査₄编译时计算机对全部源程序自动进行语法检査，并显示全部的出错信息，供程序设计人员修改。

(七）分析计算结果

在经过调试源程序，修改满意后，编译完毕便可以将正式待计算的电机设计数据输入计算，根据控制变量的要求*实施计算，并将计算结果在屏幕上显示或打印。

计箅结果的检査是逐项检査各中间结果和最后结杲，检査执行计算的路线是否符合设计逻辑，有否可能发生死循环，

分析研究并比较各设计方案的输出打印结果值及重要的中间参置值，以便选择合适的方案，或者提出进一步的修改掛施，或者总结有关设计的规律.