【文章內(nèi)容簡介】 線和圖表，例如磁化曲線、感應(yīng)電機飽和系數(shù)曲線等，都是一元函數(shù)關(guān)系。手算時可查曲線和圖表中的相應(yīng)值；機算時可用線性或拋物線插值代替查曲線或圖表。磁化曲線中可以將 B 值小的部分用線性插值，因為這段曲線近似是直線；B 值大的部分用拋物線插值，因為這段曲線已與直線差得很多。①.線性插值 線性插值的實質(zhì)就是將整條曲線用分段直線代替。差值點越多，段數(shù)就分的越多，分段直線就越逼近真實曲線，計算精度越高。一般而言，取有限個點就能滿足工程實踐對精度的要求。而且用計算機強大的處理能力來實現(xiàn)循環(huán)計算，速度非?？欤覝?zhǔn)確率極高，因此線性插值在工程中應(yīng)用很廣。 2,110)()(111 ????????????????njxnji yxyjnjiiiii ??②.拋物線插值 采用拋物線插值時，設(shè)最靠近插值點 x 的三個插值點的編號分別為 k,k+1,k+2,則計算 x 處函數(shù)值 y(x)的拋物線插值函數(shù)為 kiikijijkjiyxxy yxxyxx?????? ????2 323132322311)()( ))(())(())(()(2)二元插值電機設(shè)計中也遇到需要讀取由二元函數(shù)表示的曲線族，即 的情況。二),(yxfz?元函數(shù)的插值方法也可以理解為兩次應(yīng)用一元插值，這兩個一元插值可以是線性的或拋物線的。這與手算時查曲線的規(guī)律一樣。由于二元差值算法復(fù)雜，工程中不是經(jīng)常14用到，對于本次設(shè)計使用一元插值就足以完成任務(wù)，所以我們這里不做具體介紹。 曲線和圖表的數(shù)學(xué)處理方法之二——公式法電機設(shè)計中要用到很多類型的曲線，如果這些曲線都采用插值法處理，將使計算機程序變得非常龐雜。如果有可能找出函數(shù)關(guān)系來代替原曲線，則既可節(jié)省大量存貯單元，使程序變得簡潔，又能節(jié)省計算時間。這就是曲線的公式化。實際上，電機設(shè)計書中好多的圖彪都是有公式轉(zhuǎn)化而來，在電子計算機還不是很普及的年代，將公式轉(zhuǎn)化為圖表將大大加快所需數(shù)據(jù)的獲取時間，精度基本上可以得到滿足。但是在電子計算機如此普及的今天，如果我們又將圖表轉(zhuǎn)化成插值函數(shù)，不光浪費時間精力，而且精度不夠，所以我們需要恢復(fù)公式的原貌。基處理途徑如下：(1)恢復(fù)使用原始公式將繪成的曲線恢復(fù)為原來的理論公式，一般不必再驗證其精確度。(2)用相應(yīng)公式模擬曲線在電機設(shè)計所用曲線中，有些不是理論指導(dǎo)的，如硅鋼片磁化曲線；有些雖有來源但計算過份復(fù)雜。機算中有必要把這些曲線公式化。公式化的步驟是首先根據(jù)曲線形狀確定公式類型，如直線，拋物線，雙曲線等；然后用待定系數(shù)法在常用范圍內(nèi)由曲線的已知點求公式的系數(shù)。有時也可以采用分段函數(shù)擬合，即不同段的函數(shù)采用不同的的曲線類型，以獲得最佳的擬合效果。①直線： BxAy??②拋物線： 2C③雙曲線： Bxy④雙曲線的變型表達(dá)： 如 xAy??(3)對原曲線進行改造①根據(jù)可靠資料，另找其它曲線或公式取代原曲線②應(yīng)用數(shù)值解法徹底改變原有計算方法15 計算機輔助設(shè)計中常用的數(shù)值計算方法 為提高計算精度并充分發(fā)揮計算機的計算功能，可利用數(shù)值計算方法來改造原有公式。（1）數(shù)值積分?jǐn)?shù)值積分只應(yīng)用于被積函數(shù)不能用解析式表達(dá)的情況，其精確度取決于分點的多少。當(dāng)被積函數(shù)能用解析式表達(dá)時，就沒有采用數(shù)值積分的必要。（2）解非線性聯(lián)立方程組①迭代法②對分法③近似解析解法④曲線公式化解析解 設(shè)計分析程序（1）手算程序改編成計算程序現(xiàn)有的手算程序一般都是核算程序，即在給定定轉(zhuǎn)子鐵心及繞組數(shù)據(jù)條件下，核算電機各項性能。設(shè)計人員要按經(jīng)驗作適當(dāng)估算，先給出鐵心長度、定轉(zhuǎn)子內(nèi)外徑、槽數(shù)、槽尺寸及繞組型式、匝數(shù)、導(dǎo)線尺寸、接法、并聯(lián)路數(shù)等設(shè)計數(shù)據(jù)后，才能按程序逐項進行手算，看各項指標(biāo)能否達(dá)到規(guī)定要求；然后再按經(jīng)驗由教育處得出的結(jié)果，調(diào)整給定的數(shù)據(jù)。將手算程序的各個公式依次變成計算機程序，即為設(shè)計分析程序。需解決的問題：① 曲線與圖表的處理；② 迭代的處理。（2）框圖的作用與編制原則①框圖的作用⑴有利于在設(shè)計前集中精力處理全局性問題；16⑵框圖能清晰地表示源程序的結(jié)構(gòu)、層次及重要的細(xì)節(jié)；⑶框圖是編制源程序的基礎(chǔ)，比冗長的語言程序更便于交流，同時也利于簡化；⑷通過框圖能更好地閱讀，調(diào)整和修改源程序。②電機設(shè)計框圖的編制原則⑴設(shè)計邏輯必須簡明，力求結(jié)構(gòu)緊湊、清晰、層次分明，根據(jù)電機設(shè)計的特點，一般把整個設(shè)計分成若干獨立單元，使得局部參量的調(diào)整不致影響全局。⑵為了避免“交叉循環(huán)” ，常選擇既能改善性能，又對其它參量沒有影響或影響很小的參量作為調(diào)整的參量。當(dāng)無法避免若干變量綜合組合時，應(yīng)做到循環(huán)嵌套層次分明，把調(diào)整效果明顯、牽涉面廣的變量盡量放在內(nèi)層。⑶處理好設(shè)計中的迭代問題對保證一定的計算精度和縮短計算時間有很重要的意義。⑷框圖或程序的編制可考慮將多次重復(fù)使用的運算編成子程序，做到簡單、清晰。（3）迭代的處理①初設(shè)值、允許誤差與再設(shè)值初設(shè)值：根據(jù)經(jīng)驗統(tǒng)計資料而定。計算值與假設(shè)值的允許誤差：根據(jù)程序本身計算精度要求及計算工作量而定。再設(shè)值：根據(jù)這段迭代過程計算的經(jīng)驗選取。②控討是否有直接解取代迭代的可能 設(shè)計綜合程序（1） 變量的確定（2） 定子梨形槽尺寸的決定（3） 繞組導(dǎo)線尺寸的決定（4） 設(shè)計綜合程序的基本結(jié)構(gòu)175 異步電機設(shè)計具體步驟校核設(shè)計、綜合設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計是電機 CAD三個不同的層次，其中校核設(shè)計是基礎(chǔ)，程序編寫容易，應(yīng)用靈活。而優(yōu)化設(shè)計是電機 CAD的高級階段，雖然能得到較好的經(jīng)濟性能和技術(shù)性能，但是數(shù)學(xué)模型建立困難，編程難度大，在實際中應(yīng)用較少。我們這里以校核設(shè)計為基礎(chǔ)，詳細(xì)介紹電機 CAD系統(tǒng)開發(fā)過程中界面設(shè)計、圖表處理、輸入數(shù)據(jù)處理、輸出數(shù)據(jù)處理、循環(huán)計算等基本方法。 電機 CAD 校核設(shè)計程序界面設(shè)計電機 CAD的校核程序相當(dāng)于“高速計算器” ，計算電機的各種性能指標(biāo)、參數(shù)、并將其輸出到合適的設(shè)備。因此校核設(shè)計的第一步就是確定系統(tǒng)的輸入輸出參數(shù)、個數(shù)、類別，并設(shè)計合適的界面。一般來說，三相異步電動機的輸入輸出參數(shù)有近百個，不宜放在一個窗體，因此主窗體的設(shè)計至關(guān)重要，它直接關(guān)系到用戶的輸入輸出參數(shù)以18及使用的方便程度。下面我們從最基本的開始做起，一步步完成異步電機的設(shè)計。首先需要在電腦上安裝 visual basic 軟件，目前比較通用的是 ,。安裝好了之后打開軟件，會彈出如下的界面：圖 51 啟動界面會有一個新建工程窗體，上面有三個選項:新建、現(xiàn)存、最新。新建選項會為我們創(chuàng)建一個新的窗體，默認(rèn)名稱叫做 form1。選擇現(xiàn)存選項會為我們打開電腦里以保存的工程文件的文件夾。選擇最新選項會為我們打開最近在本機上操作過的 vb 文件。在這里我們只需要選擇新建“標(biāo)準(zhǔn) EXE”，就可以創(chuàng)建一個新窗體。新窗體如下圖所示：19圖 52 選擇標(biāo)準(zhǔn) EXE 啟動后界面新建的工程 1 相當(dāng)于一個畫布，上面擺放了許多類似 form1 的窗體，我們可以通過鼠標(biāo)拖動來改變“畫布”和窗體的大小。在 form1 窗體的右側(cè)，我們會看到許多的窗口，一般 vb 默認(rèn)為三個窗口，即：（1）工程資源管理器窗口 工程資源管理器窗口我們可以管理當(dāng)前打開的工程及窗體以及查看代碼。（2）屬性窗口 在屬性窗口我們可以管理選中窗體或控件的屬性，例如給窗體改名等。（3）窗體布局窗口 在窗體布局窗口我們可以通過鼠標(biāo)拖動當(dāng)前窗體在整個工程窗口的位置，例如讓窗體居中，當(dāng)程序運行后我們就可以看到窗體在整個工程窗口的正中位置。三種窗體如圖所示：圖 53 工程資源管理器窗口20 圖 54 工程屬性窗口 圖 55 窗體布局窗口我們還可以將我們所需要的控件拖動到 form1 窗體上，實現(xiàn)各種命令。Form1 的名稱是可以改變的，例如在這里我們將其改名為“主窗體” ，只需要在 form1 窗體上單擊一下，選中 form1，在其屬性里找到 caption 屬性，將其改為“主窗體”即可，改完之后在窗體名稱上就會顯示“主窗體” 。如果想改變窗體的名稱，只需要將其名稱屬性改為“frm 主窗體 ”即可。注意這里工程文件的前綴必須是 frm，frm 之后可以使中文也可以是英文。下來我們來在主窗體中創(chuàng)建我們所需要的界面。21在菜單欄里找到工程，單擊，再選擇部件選項，打開一個對話框，里面有控件、設(shè)計器、可插入對象三個選項，再在里面選擇第一個控件，可以看到出現(xiàn)好多可供選擇的控件（圖 56 所示） 。 圖 56 可供選擇的控件在里面選擇 miscrosoft tabled dialog control 控件，再單擊確定，就會在工具欄里出現(xiàn)一個如圖 57 所示的控件： 圖 57 miscrosoft tabled dialog control 控件圖形我們在工具欄上面雙擊該控件圖形，或者點擊它再將它拖動到主窗體合適的位置再松開，就會在主窗體上創(chuàng)建一個該控件。新創(chuàng)建的控件由于其默認(rèn)屬性它的大小會比較小，我們可以通過鼠標(biāo)拖動來改變它的大小。該控件的默認(rèn)屬性中的 tab 為223，tabperrow 屬性為 3，即該控件最上方總共顯示 3 個桌面，且每行顯示三個，分一行顯示。為了設(shè)計的需要我們需要改變這兩個屬性值，我們將 tab 屬性值改為 5，將tabperrow 屬性改為為 5，則界面如圖 58 所示： 圖 58 主窗體的 tab 圖形為了程序的需要我們要改變 tab 的標(biāo)題屬性。在主窗體中單擊 tab 0 切換到 tab 0 的桌面，在其右側(cè)的屬性窗口中找到 caption 屬性，將其改為“基本參數(shù)” ，如此依次改變tab 1~tab 4 的 caption 屬性分別為“定子參數(shù)” 、 “轉(zhuǎn)子參數(shù) ”、 “計算輸出” 、 “幫助說明”，改變后的 tab 如圖所示： 23圖 59 改變名稱后的主窗體 tab 圖形改變名稱后，我們點擊相應(yīng)的那個顯示 tab 的 caption 屬性的地方，可以再對應(yīng)的桌面下完成相應(yīng)的界面設(shè)計。這里需要注意的一個問題是：如果想要在“基本參數(shù)”桌面下創(chuàng)建一個控件，我們不能再“基本參數(shù)”桌面下直接創(chuàng)建，而需要在別的窗體（同一個工程中）中創(chuàng)建所需的控件之后，再剪切或者復(fù)制到“基本參數(shù)”桌面下。如果我們采取直接創(chuàng)建的方法，那么創(chuàng)建的控件在別的桌面下也是可見的，這將會導(dǎo)致界面的混亂。下面我們來在各個桌面下創(chuàng)建所需的控件。創(chuàng)建所需的控件我們需要用到：標(biāo)簽控件（label） 、文本框控件（textbox） 、命令按鈕控件（mandbutton ） 。（1） 基本參數(shù)桌面 在工程資源管理器里面單擊“frm 主窗體（frm 主窗體） ”，選中它，再右擊，彈出一個如圖 510 所示的對話框： 圖 510 添加新窗體選擇添加→添加窗體，就可以創(chuàng)建一個名為 form1 的新窗體。在這個窗體上，我們新建 12 個 label，將其分兩列豎著排列，將其 caption 屬性依次改為：“額定輸出功率 Pn（kw）：” 、 “額定電壓 Un（v）：” 、 “極對數(shù) P：” 、 “頻率 f（HZ）：” 、 “額定轉(zhuǎn)速 Nn（rpm ）：” 、 “鐵心長度 li（mm）：” 、 “工作溫度 C：” 、 “效率 η1：” 、 “功率因數(shù) cosφ 1：” 、 “最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù) Tm1：” 、 “起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù) Tst1：” 、 “啟動電流倍數(shù)Ist1：” ，其名稱屬性由于程序中不會用到，且不會在用戶界面中顯示出來，所以可改可不改。如果要改的話其前綴名必須是 lbl。然后添加 12 個文本框。將 12 個標(biāo)簽和 12 個文本框一一對應(yīng)起來。這里涉及到修改它們的名稱屬性及 text 屬性，將它們的名稱屬性依次改為： ⑴“txtPn” 、⑵“txtUn” 、⑶“txtp” 、⑷“txtf” ⑸“txtNn” 、⑹ “txtli”、⑺“txtC” 、⑻“txtata1” 、⑼“txtcosfai1” 、⑽“txtTm1” 、⑾“txtTst1” 、⑿“txtIst1”.這里為了輸入數(shù)據(jù)的直觀性，也為了簡化處理，我們將文本框的 text屬性也作出修改，將他們依次改為：24“⑴11000” 、⑵“380” 、⑶“2” 、⑷“50” 、⑸“1460” 、⑹“” 、⑺“115” 、⑻“” 、⑼“” 、⑽“” 、⑾“” 、⑿“” ，那么這些輸入數(shù)據(jù)就可以在桌面上直接顯示出來。整個桌面如圖 411所示： 圖 511 基本參數(shù)桌面 （2）定子參數(shù)桌面 點擊桌面的“定子參數(shù)“選項，會出現(xiàn)一個空白的桌面，這里我們可以設(shè)計我們的定子輸入?yún)?shù)模式。和前文一樣，我們這里需要用到 label 控件和 text 控件。 我們先建立 label控件。定子參數(shù)中有 14個輸入數(shù)據(jù)，因此建立 14個標(biāo)簽。這 14個標(biāo)簽每 7個一列排成兩列。這 14個標(biāo)簽的 caption屬性依次改為：⑴“內(nèi)徑Di1（m）：” 、⑵“外徑 D1（m）：” 、⑶“槽數(shù) Z1：” 、⑷“伸出鐵心長度 l：” 、⑸“并聯(lián)支路數(shù) Ni1：” 、⑹“每槽導(dǎo)體數(shù) Ns1：” 、⑺“線徑 d1：” 、⑻“r21：” 、⑼“b11：” 、⑽“b01：” 、⑾“h11：” 、⑿“h21：” 、⒀“bi1：”