王胜龙毕业设计开题报告定稿.docx

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王胜龙毕业设计开题报告定稿

毕业设计（论文）开题报告

题目：

基于MATLAB的异步电机电磁核算程序设计

学院：

电气信息学院

专业：

电气工程及其自动化

学生姓名：

王胜龙学号：

200701010605

指导老师：

林友杰博士

2011年4月20日

毕业设计（论文）开题报告

1．文献综述：

结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2500字以上的文献综述，文后应列出所查阅的文献资料。

文献综述

一、课题

基于MATLAB的异步电机电磁核算程序设计

二、电机设计概述

电机，俗称“马达”，是指依据电磁感应定律实现电能的转换或传递的一种电磁装置。

电动机也称（俗称马达），在电路中用字母“M”（旧标准用“D”）表示。

它的主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源，发电机在电路中用字母“G”表示。

常用电机分类：

（一）按工作电源分类。

根据电动机工作电源的不同，可分为直流电动机和交流电动机。

其中交流电动机还分为单相电动机和三相电动机。

（二）按结构及工作原理分类。

电动机按结构及工作原理可分为异步电动机和同步电动机。

同步电动机还可分为永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机。

异步电动机可分为感应电动机和交流换向器电动机。

三、我国电机设计技术发展历程及趋势

20世纪40年代以前，我国电机制造工业极端落后。

中华人民共和国成立后，电机工业才获得了迅速发展，产品的品种、数量不断增加，技术水平逐步提高。

从50年代以仿制国外产品为主，到60年代起即走上自行设计的道路；与此同时，新技术、新材料、新结构和新工艺的应用日益广泛。

（一）产品品种、规格不断增加，单机容量迅速增大，技术经济指标逐步提高。

在发电机方面，国产汽轮发电机在不长时间内，就从空冷、氢冷发展到双水内冷和水氢冷，从而掌握了大型汽轮发电机，除全氢冷以外的各种主要冷却方式的技术。

（二）积极采用新技术、新材料、新结构和新工艺。

在采用新技术方面，首先是应用电子计算机来进行电机的电磁计算以及磁场、温度场计算和零部件机械计算。

在绝缘材料方面，主要采用E、B两级，F、H级仅在少数要求较高或特殊用途的电机上应用。

（三）标准化、系列化和通用化程度不断提高。

建立了若干产量大、使用面广的系列，还建立了应用场合比较特殊的派生系列和专用系列。

在电机零部件和安装尺寸、机座号等的标准化、系列化、通用化方面也进行了大量工作，已形成了自己的体系，还制定了电机专业的许多国家标准。

（四）积极开展电机理论、测试技术和新型发电方式的研究。

我国对电机绕组、附加损耗、附加转矩、电机冷却、大型电机的端部磁场、电机测试技术以及超导电技术在电机中的应用等方面开展了一系列的研究，取得了不少成果。

四、计算机在电机设计中的应用

在电机设计中应用电子计算机是从50年代开始的,至今仍在进行广泛的研究和探索。

利用计算机进行电机设计的程序可以分成“设计分析”、“设计综合”和“设计优化”三种类型。

“设计分析”程序是按设计人员事先估计好的若干设计参量，依一定程序步骤来计算产品的性能，相当于通常的设计核算。

计算机仅用来对设计方案进行计算分析，而对计算结果的评价以及设计方案的调整仍需由设计者决定。

“设计综合”程序是根据已知的性能要求，决定电机各设计参量的程序。

“设计综合”程序实质上就是自动修改并重复分析设计，最终得到适合给定要求的设计方案的程序。

而在设计综合程序中，这些过程都在计算机内自动地进行，因此大大地缩短了设计时间。

要得到一个较典型的、通用性较强的设计综合程序并不是轻而易举的，因此从60年代就已开始发展的这类程序，至今仍在不断完善之中。

“设计优化”程序是对设计问题提出明显的数学模型，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。

应用电子计算机设计电机大致可分为以下几个步骤：

选定目标、数学描述、数值处理、编制程序、整理输入数据、校验程序和输出结果分析。

对于优化设计程序，首要的是明确优化目标，其次是选定优化方法。

对于综合设计程序则必须确定以哪些参数作为主要变量，其变化范围以及性能的合格标准和容差。

现代电机设计中最常用的计算机软件是MATLAB、MATHCAD等。

MATLAB主要是进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，应用在电机的设计领域。

附加的工具箱（单独提供的专用MATLAB函数集）扩展了MATLAB环境，以解决电机设计应用领域内特定类型的问题。

使用MATLAB软件设计电机时，各种计算方便快捷，图形绘制精确，程序编译的速度也比较快。

使用MATLAB进行电机设计时不会因为繁琐、复杂、枯燥的数学运算而使设计人员的思维发生混乱，使设计思路清晰明了。

MATHCAD是一种交互式数值计算系统，主要应用数学函数和动态、可感知单位的计算来同时设计和记录工程计算。

MATHCAD从早期的简单有限功能发展到现在的代数运算，线性及非线性方程求解与优化，常微分方程，偏微分方程，统计，金融，信号处理，图像处理等许多方面。

并提供丰富的接口可以调用第三方软件的功能，利于自行扩展和利用别的软件扩展功能。

由于MATHCAD软件强大的数据处理功能，在实际操作过程中有以下几个突出优点：

可视性、自动运算功能、自动绘图、易学性。

而本文着重介绍MATLAB对异步电机电磁核算程序的设计中的应用。

五、MATLAB与电机设计

MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。

MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。

MATLAB的应用范围非常广，包括信号和图像处理、通讯、控制系统设计、测试和测量、财务建模和分析以及计算生物学等众多应用领域。

传统的电机设计方法是手工计算，计算的过程十分繁琐、复杂，需要画图、比较各种方案，在使用MATLAB软件设计电机时，各种计算方便快捷，图形绘制精确，程序编译的速度也比较快。

MATLAB以其强大的运算能力、丰富的工具箱、良好的可移植性使得运用MATLAB进行电机设计的工作人员的工作负担得以大大减轻、效率迅速提高、经济技术指标的合格几率更大，为找到最佳设计方案创造了有利的条件。

再加上MATLAB软件自己本身的功能随着计算机科技的发展也在逐年升级增强，处理电机设计中的新老问题的能力不断得到加强，出现错误的概率在逐步降低，MATLAB的应用会更加广泛，设计出来的电机会性价比更高，技术更先进。

异步电机设计中电机磁算程序设计主要是根据设计任务书的规定，参照生产实践经验，计算确定定转子铁心各部分尺寸、槽数配合；定转子绕组设计；电机的磁路、参数、运行性能和起动性能的计算。

通过电磁计算所得的电机性能指标必须符合国家标准或设计任务书的要求，否则应进行调整。

在电机磁算过程中一般选择若干个不同的方案同时进行，然后通过分析比较选择最佳方案。

电机磁算程序设计相当于求解一项比较复杂的数学计算题，随着计算机技术的发展，为电机磁算程序设计创造了有利条件，利用计算机并应用数值方法进行求解是解决这类问题的有效途径。

电机磁算程序设计一般是先根据电机理论建立起问题的数学模型，然后对数学模型进行数学上的推导、演算，得出解决方案，MATLAB的应用使繁琐的数学处理工作的效率大大加快了。

从异步电机电磁设计的手算程序转变为计算机软件设计，使用Windows平台下的MATLAB进行电机设计软件的开发，该软件具有友好的工作平台和编程环境、简单易用的程序语言、强大的科学计算机数据处理能力、出色的图形处理功能、应用广泛的模块集合工具箱、实用的程序接口和发布平台、友好的人机界面等优点，简单易用，功能强大，方便运算和程序操作，设计出的操作界面清晰明了，便于人机交流，并且使用了数据的存储管理上较为先进的数据库技术，可以方便存储和读取数据，加强了数据管理的结构化和安全性，也可以实现数据查询的功能，极大地方便了用户，提高了工作效率和设计的精确度，从而为保证产品质量提供了有利条件。

参考文献

[1].陈世坤.电机设计.2版.北京：

机械工业出版社，2000

[2].胡岩，武建文，李德成.小型电动机现代实用设计技术.机械工业出版社，2007

[3].史乃.电机学.北京：

机械工业出版社，2005.1

[4].汤天浩.电机与拖动基础.1版.北京：

机械工业出版社，2004

[5].王忠礼，段慧达，高玉峰.MATLAB应用技术：

在电气工程与自动化专业中应用.北京：

清华大学出版社，2007.1

[6].周开利，邓春晖.MATLAB基础及其应用教程.北京：

北京大学出版社，2007

[7].刘卫国.MATLAB程序设计教程.北京：

中国水利水电出版社，2005

[8].朱仁峰.精通Matlab7.北京：

清华大学出版社，2006

[9].林雪松，周婧，林德新.MATLAB7.0应用集锦.北京：

机械工业出版社，2006

[10].王家文，王皓，刘海.MATLAB7.0编程基础.北京：

机械工业出版社，2005

[11].施样阳，李俊,MATLAB语言工具箱--TOOLBOX实用指南西北工业大学出版社,1998

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[13].A.E.Fitzgerald,C.Kingsley,Jr.,S.D.Umans.ElectricMachinery.6thed.McGraw-Hill,2003

[14].ShoichiroNakamura.NumericalAnalysisandGraphicVisualizationwithMATLAB.SecondEdition.PublishingHouseofPearsonEducation,2002

毕业设计（论文）开题报告

２．开题报告：

一、课题的目的与意义；二、课题发展现状和前景展望；三、课题主要内容和要求；四、研究方法、步骤和措施

开题报告

1、课题的目的与意义

随着计算机技术的飞速发展，计算机已经大量运用在计算机领域，随着计算机技术的发展，计算机已经大量的应用于电机设计领域。

利用电子计算机进行电机设计的程序可以分成“设计分析”、“设计综合”和“优化设计”三种类型。

“设计分析”程序是按设计人员事先估计好的若干设计参量，以一定程序步骤来计算产品的性能，相当于常规的设计核算。

电子计算机仅仅用来对设计方案进行计算分析，而对计算结果的评价以及设计方案的调整仍需设计人员决定。

但是设计分析程序是很重要的，它是设计综合和设计优化的基础。

“设计综合”程序是根据已知的性能要求，决定电机各设计参量的程序。

“设计综合”程序实质上就是自动修改并重复分析设计，最终得到适合给定要求的设计方案的程序。

它与“设计分析”程序的主要区别是：

它可在规定的产品性能和技术条件下，自动选择适当的技术参数和结构尺寸，从而得出可行的设计方案。

在电机设计中，经常会遇到各种数学问题需要求解。

利用计算机并应用数值方法进行求解是解决这类问题的主要途径，MATLAB软件设计是利用计算机帮助设计人员进行电机设计的重要技术手段，它能够提高设计自动化程度，不仅节省人力和物力，而且提高了电机设计的速度，也提高了设计的质量和精确度，为缩短产品设计周期，保证质量提供了条件。

电机设计一般是先根据电机理论建立起问题的数学模型，然后对数学模型进行数学上的推导、演算，得出解决方案，MATLAB的应用使繁琐的数学处理工作的效率大大加快，系统仿真软件也使电机的试制过程加快了。

同时，电机设计的速度是关系到一个企业能否在激烈的市场竞争中快速反应、抢占先机的问题，如何能在最短的设计周期中不致忙中出错、保质保量提供新产品，充分利用计算机辅助设计是至关重要的。

因此，MATLAB技术将在电机设计领域里面能够提高电机设计的工作效率，有很广泛的发展前景。

2、课题发展现状及前景展望

电机设计是一项复杂的工作，它不仅要引用电机、电磁场、电路等多学科的知识，还要大量运用设计中的经验性知识。

传统的电机设计是采用简单的实验手段和根据经验用手工的方式进行的，因此很难获得最优方案。

近几年来，随着计算机技术的发展，电机的设计从手工逐渐转向计算机辅助设计，大大缩短了产品开发周期。

人工智能的引进，使传统的计算机辅助设计技术如虎添翼，产品设计的效率及质量得到全面提高。

异步电机一般都用作电动机，在少数场合下，亦有用作发电机的。

从异步电机电磁设计的手算计算程序转变为计算机软件设计，使用Windows平台下的MATLAB进行电机设计软件的开发，该软件具有友好的工作平台和编程环境、简单易用的程序语言、强大的科学计算机数据处理能力、出色的图形处理功能、应用广泛的模块集合工具箱、实用的程序接口和发布平台、友好的人机界面等优点，简单易用，功能强大，方便运算和程序操作，设计出的操作界面清晰明了，便于人机交流，并且使用了数据的存储管理上较为先进的数据库技术，可以方便存储和读取数据，加强了数据管理的结构化和安全性，也可以实现数据查询的功能，极大地方便了用户，提高了工作效率。

MATLAB软件具有较高的智能自动化水平，它能够提高设计自动化程度，不仅节省人力和物力，而且提高了工程设计的速度，也提高了设计的质量和精确度，为保证质量提供了条件。

同时，可以将电机设计人员从传统的电机电磁参数计算方面解放出来，用更多精力进行更具创新意义的结构和散热系统等设计，从而缩短产品开发周期、提高我国电机产品的档次。

3、课题的主要内容和设计要求

（1）设计内容

掌握计算辅助电机设计的基本原理和方法，掌握用计算机查表、读图常用方法和基本算法。

利用MATLAB，编写异步电机的电磁计算程序。

（二）主要内容

1、掌握异步电机的电磁设计方案和方法；

2、电机设计的计算机辅助设计的一般问题如（曲线、表格等的处理）及解决的方法；

3、电磁计算的MATLAB编程；

4、利用MATLAB设计异步电机电动机的电磁设计程序；特性曲线等的绘制。

（三）设计要求

1、绘制规范的程序流程图；

2、计算准确（与商业设计程序进行对比）；

3、编程规范（程序要添加必要的注释说明内容）、易维护。

4、人机界面（用户界面）友好；

四、研究方法、步骤和措施

（一）研究方法

以MATLAB软件作为电机设计的计算机辅助设计工具，通过不断地探索和研究，结合电机设计理论和方法，充分利用MATLAB的各种功能，如编程、计算、绘图、数据处理、GUI设计等，从而去解决电机设计中的具体问题。

（二）研究步骤

1.通过对电机中主要参数进行测定，对其性能进行分析；

2.运用MATLAB软件对电机的主要参数进行编程，然后进行程序结构的分析；

3.在MATLAB用户界面中对电机设计中数据进行处理、然后绘制成曲线进行研究；

4.电磁计算的编程、用户界面设计、曲线、表格等类型的数据处理、特性曲线等的绘制在MATLAB中的实现，然后用MATLAB进行仿真。

（三）研究措施

1.掌握电机设计中的各个节点，对关键点、难点进行统计和分析；

2.掌握电机设计手算程序转变为MATLAB语言程序的方法和编写技巧，编程要规范、易维护，计算准确；

3.掌握MATLAB程序的调试、出错检查、结果显示等的方法；

4.掌握利用MATLAB进行图形用户界面设计的方法，实现图形的可视化、人机界

面的友好等；

5.掌握利用MATLAB进行电机设计中曲线、表格等类型数据的分析处理方法以及

特性曲线等的绘制方法；

6.撰写毕业设计论文，指导老师评阅、指点，不断改进和完善。

毕业设计（论文）开题报告

指导教师意见：

1．对“文献综述”的评语：

2．对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：

指导教师：

年月日

所在专业审查意见：

负责人：

年月日