在电机设计过程中，不仅需要进行复杂的数值计算、图形及数 据处理，而a还有槪念性描述、经验推理等内容，如初始设计的总 体构思与参数选择、设计方案的分析与评价、设计方案的调整、优 化参量的确定等，此类问题很难用一个严格的数学模型来描述，因 此现有的CAD无法直接参与，只能由设计者应用自己的知识和经 验，采用类比、联想、推理等方法，作出临场决策。这样CAD使 用者的个人素质影响设计结果，这对使用者提出了较高的要求，不 利于电机CAD的推广使用和发展。为了解决上述问题，电机CAD 的智能化成为人们研究的主要方向。

电机设计专家系统（Expert System,简称ES)是20世纪80年代后期发展起来的一种智能化的电机CAD系统，它在传统的电机CAD中引人专家系统的概念和技术。专家系统是人工智能应用领域的一个重要分支，专家系统是指一个在某一特定的领域内，能够运用领域专家的丰富知识进行推理求解的计算机程序系统，它是基于知识的智能决策系统，与传统的通过建立数学模型去模拟求解工程问题不同。电机设计与其他工程设计一样是创新与继承结合的结果，借鉴前人和本人的实践经验十分重要，专家系统由知识工程师将领域专家的经验知识变成启发性的规则，构成知识库和推理机，计算机将数值运算分析和符号逻辑处理结合起来，使系统在整个设计过程中具有智能的实时的响应和支持。专家系统的原理简图如图1-47所示。

专家系统软件可用人工智能语言USP和PROLOG，这两种语言处理符号能力较强，语法简单，使用方便。当前随着软件技术的发展,

基本推理功能和知识考助知识工程师进行系统开发。a..电胡忠涛#素统由专家系统模块和数值计算两部分组成。数出现r采用面向对象的程序语言C++开发的基于Windows平台的电机设计专家系统。此外，还有专家系统的专门开发工具，提供了%计算愈梧电磁计算和优化

设计；专家系统模块的一般结构如图1~48所示，主要包括知识库、推理机以及动态数据库、知识获取机制、解释机制和人机接口等功能模块。

1.知识库

专家系统的核心是知识，包括事$性知识和启发性知识，事实性知识是描述性知识，提供事实和事i中的概念属性；启发性知识是推理性知识。知识库则是知识的集合，电机设计专家系统知识库建立包括知识获取、知识描述和知识组织三个步骤，其中，知识获取的主要问题在于如何将电机设计的有关知识从设计专家和其他知识源中提取出来；知识描述是知识的符号化过程，即将知识转化为计算机可以识别和利用的形式；而知识组织则是将知识以合理的数据结构形式存储，以提高系统效率。

(1)知识获取的途径知识从外部知识源到计算机内部的转换过程称为知识获取。电机设计专家系统的知识库中存储的知识来源于工程实践，它是一个专业领域或特定问题的若千专家知识的集成.因此一个完善的知识库可以超过一个专家的经验知识。常见的知识源有：资料査询通过搜集大量与电机设计相关的基本理论、设计标准、设计手册和其他文献，进行整理，从中获取与系统相关的共性知识。咨询设计专家电机设计过程中，存在着许多后发性的知识，这些知识主要来源于电机设计专家的实际设计经验，它们通常没有较严谨的理论依据，很难保证其普遍正确性，但在一定范围内解决问题，往往简单有效。因此，可以通过咨询电机设计专家，获取此类知识。

C.系统使用过程中学习电机设计专家系统在使用过程中， 如获得较为满意的设计方案，也可以存储起来，以供将来设计时参

考。

(2)电机设计专家系统知识库中知识的表达电机设计专家系 统的知识表达方法有如下要求：

1.表达能力，能够将与问题求解有关的知识正确而有效的表 达出来；

2.可理解性，所表达的知识简单、明了，易于理解；

3.可汸问性，能够有效的利用所表达的知识，便于推理机制调用；

4.可扩充性，能够方便、灵活的对知识进行扩充。

随着人工智能技术的发展，许多实用而有效的知识表达方式也先后被提出，如逻辑表示法、语义网络法、产生式规则、框架法、剧本法。在电机设计专家系统中主要采用产生式规则和框架表达法 进行知识表达。

1)知识表达的产生式规则方法产生式规则是专家系统中使 用较为广泛的一种知识表达方法，其基本形式为：

IF P(x)

THEN A(x)

式中P(x)称为规则的前提(条件），

p(x) = p₁(x)np₂(x)np₃(x)……np_n(x),Pi(x)为第 i 个前提 (条件)；

而A(_X)则为规则的结论(动作)部分，

A(x) = AjxXn A2(x)fl A₃(x)  Pi A_m(x)，Aj(x)为第 j 个结论

(动作)。符号n表示合取,为避免规则的二义性，规则的前提p(_x) 和结论A(x)只能合取，不能析取；若为析取运算，则分解为两条规则。

运用产生式规则表示知识，具有如下特点：

a.模块性在知识库中，将相关的知识组合在一起，作为一条条独立的规则体，对某条规则体的增加、修改、删除操作，较为方便，且不影响知识库中的其他规则体。

b.—致性所有的规则体都严格按照一定的形式编码，便于推理机制的实现。

C.自然性产生式规则表达的知识较为直观、自然，便于理解。

运用产生式规则的基本思想是从初始事实出发，运用模式匹配技术寻找适合的产牛式规则体，如果代入已知的事实后使规则体的前提（条件）为真，则该产生式规则体被激活，其结论（动作）即 可作为新的事实。以此类推，直到得出最终结论为止电机设计中 的许多环节的设计过程即是如此，例如，在设计方案调整过程中， 确定了调整的目标（即当前方案所需解决的主要问题）之后，可以选择的调整措施有很多，有经验的设计者往往通过观察其他性能指 标和电磁负荷的情况，选择合适的调整措施。若用产生式规则描述 这一过程，可以将调整措施表示为规则的结论部分，而将对应的约 束条件（即设计方案的其他性能指标和电磁参考量的情况）表示为规则的前提。

2)知识的框架式表达框架是一种组织和表示知识的数据结 构，它由框架名和一组用于描述各方面具体属性的槽组成，每个槽又设有槽名，槽名下面有对应的取值，称为槽值或填充值，每个槽的下面还可以区分为多个侧面，每个侧面又可以有各自的取值，作为对槽的进一步说明。一个框架可以表示为如下形式.

〈框架名〉

槽名1:侧面名11:侧面值11 侧面名12:侧面值12

侧面名lm:侧面值lm

_YC樓名兔画名n丨：侧面值n〗

赛$ 侧面名n₂:侧面值n₂

辦•• Tr²^¹                                            

侧面名n_1:侧面值_ni

用框架结构表示知识高度模拟了人类对事物多方面、多层次的存储结构，且每个框架都是一个独立的知识单元，这种知识单元上的操作相对独立，能够实现知识表达的模块化。但框架表示对新的情况却不易适应，因此框架结构常用来表示层次关系复杂但结构相对固定的知识模型。

在电机设计专家系统的知识库中，框架结构主要应用于两方面：知识库的组织和电机的设计数据表达。这里首先讨论电机的设计数据的框架表达，而框架结构在知识库的组织上的应用将在下文中讨论。电机设计过程中涉及的设计参数较多，这些参数从不同的侧面反映电机的各种属性，其层次关系如图149所示。

因此，采用¥自然地描述电机的各种特性。

触織刪舰練㈣腳 #躂in神續?&修改知识库，负责管理知识库中的知识，它使领域 专家可以用一般语言输入知识，还可以实现系统的自学习功能等。

知识库是用来存储知识的一种组织形式，知识库的管理与数据 库管理类似，包括对知识的分类、检索、更新以及保证知的一致 性和无冗余性。电机设计专家系统中涉及的有关知识虽然种类较多，但具有一定的层次关系。因此，可以采用规则-框架结构作为知识库的实现形式。即以规则为主体，将功能相闷的规则体放在一起，组成规则群，以独立文件的形式存储。在知识库管理上，则采用框架结构。一级框架名为规则库，槽值名为二级框架；二级框架 的名为问题领域名，其槽值为规则文件名。每一规则文件又包括多 条规则体组成。这样，推理过程中，只要根据设计的当前状态，确 定所需调用的规则文件名，再读入相关规则即可。

2.推理机

推理是以一定的控制策略，有效地选择知识库中的有关知识，找到求解问题的解决方法和途径。推理机的应用贯穿于电机设计专 家系统的各个方面，主要表现为：

方案的评价对初始方案和优化方案进行全面评价。即应用模糊数学的相关理论，对方案的主要性能指标和电磁参数，运用规则判断当前设计方案与设计要求的符合程度，并得出评价结论。

方案的调整初始方案经计算不符合技术条件要求，由推理机自动在动态数据库中根据状态模糊评价结论进行推理，提供调整设计的具体措施，供用户选用。

优化数学模型的建立用户选定目标函数后，推理机向用户提供优化变量和约束条件选取的建议值，以及优化方法的推荐意见，用户对上述提示可以采纳，也可自己另行决定。

推理机包括推理方法和控制策略，常用的推理方法根据推理的 起点不同，吋以分为正向推理和逆向推理a正向推理由证据节点向 目标节点出发，又称作数据驱动的推理，即从已知的信息出发，选 用合适的知识，逐步求解待解问题。逆向推理由0标节点向证据节点推理，又称$|_劫的推理。对于电机设计专家系统，其推理过⑽目标，据此进行推理、设计，是逆向推理；而在设计过程中，系统根据设计目标得到一初始方案，在此基础卜.，利用调整规则调整设计数据，则是由事实向目标的推理过程，属丁正向推理。

在电机设计专家系统中，由于知识库中规则较多，搜索空间较大，为提高推理效率，先对设计的当前状态进行评估，确定推理方向和所需调用的规则群，再利用推理函数进行推理，寻找解决问题的途径和方法。设计方案调整的推理过程如下：状态评估根据方案评价的结果，确定相应的调整规则文件名。

推理寻优通过推理子模块寻找调整措施。推理子模块为

一推理函数，具有通用 性，函数的人口参数为规则文件名。推理过程
如图1-50所示。

具体步骤包括：动态事实库初始化；将初始事实放入动态事实库；根据规则文件名打开规则文件；初始化i=l;读入第£条规对第；条规则的前提逐项求值；对第i条规的前提逐项匹配，匹配，则令i = ; + l，转人5);的前提均匹配，则将规则的动作写人动态事.

9)若所有的规则的均不匹配，则返回FALSE。

在上述过程中，关键之处在于规则的求值和匹配。推理机读人 一条规则时，所得到的只是一串符号，只有识别这些符号，才能进行匹配和求值。

(3)动作执行动作执行过程是一个根据推理结果，调整相应 设计参数的过程。当推理函数推理完毕且返冋值为TRUE时，系统 调用调整函数。调整函数根据动态事实库存储的推理结论中确定的 调整参量和调整方向进行调整，并给出推#调整值，供用户参考。1.12.3专家系统的设计

1.AMDIES系统的总体设计

异步电机的设计是一个复杂的过程，需要考虑的因素和确定的数据、尺寸很多，且参数之间相互关联，因此电机设计常常要经过 “确定设计参数一方案评价一方案调整”的反复尝试，以及优化设计的过程，才能找到较为满意的设计结果。近年来，电机设计专家 系统在电机设计方案评价、方案调整方面做了大量工作，取得了成效；在用查询类比法选择初始设计方案、优化模型建立的智能化等 方面也进行了研究开发。

本节介绍一种新型的异步电机设计专家系统——异步电机设计混合型专家系统AMDIES (Asynchronous Motors Design Integrated Expert System),它的特点是在传统专家系统的基础之上引入人工神经网 络方法，它主要包括基于人工神经网络、数据库技术的神经网络模 块和基于规则的专家系统模块。前者可以“类比”确定设计电机的 设计参数初值，而后者能够实现设计方案的调整和优化设计的指导，模块各司其责，用来解决不同的问题。

(1〉AMDIES系统的总体结构 AMDIES系统的总体结构如图 1-51所示，它包括：

1)用户界面用户界面是用户使用系统的接口，人机接口在 专家系统中有其独特的地位，系统要求设计者弓计算机的决策及时.