本文以研制和开发高性能的永磁起动机电机设计专家系统、提高永磁起动机电机设计水平、促进永磁起动机电机的国产化为主题,以其所涉及的关键的、带有共性的基础理论和方法为主要研究内容,在以下几个方面进行了深入研究和探讨。 首先,为提高永磁起动机电机设计专家系统的磁极优化能力,对永磁起动机电机的电磁场逆问题——磁极优化进行了研究。本文一方面考虑了多种磁极形状、两种充磁方式、定转子相对运动和电刷偏移的影响,开发了正问题分析软件,另一方面对全局优化算法TABU进行了改进,提出了适于工程优化的收敛判据,利用典型函数对改进的TABU算法进行了验证,并将其应用于带辅助极永磁起动机电机的磁极优化设计,结合问题的具体特点,方便、高效地实现了剖分网格的自动调整,开发了“永磁起动机电机磁极优化设计电磁场逆问题计算软件”,对“奥迪100”和“木兰”起动机电机进行了磁极优化。 其次,为提高设计专家系统电磁计算的准确性,对影响电磁计算准确性的若干关键问题进行了研究。考虑磁路饱和、磁极形状和充磁方式等因素的影响,利用电磁场数值解法对电磁计算中的有关系数,包括计算极弧系数、电枢计算长度、漏磁系数、气隙系数、机壳计算长度和定子轭部磁路计算长度修正系数等进行了分析研究,给出了工程实用的曲线,首次提出了单位端部漏磁系数、机壳计算长度和定子轭部磁路计算长度修正系数的概念;利用解析法分析了永磁起动机电机气隙磁场分布,给出了电枢表面气隙磁密的解析计算方法,据此可进行换向性能的计算。在上述工作的基础上,开发了“永磁起动机电机设计CAD软件”,并进行了试验验证,充分证明了所做工作的有效性和正确性。 最后,为提高永磁起动机电机的设计水平,本文通过对永磁起动机电机设计的若干关键问题,如永磁材料和磁极结构的选择、电刷选用原则、起动机电机性能要求的确定方法、设计专家系统初始方案确定方法等的研究和设计经验的搜集整理,得到了初始设计知识库和设计调整知识库;同时,为提高永磁起动机电机设计专家系统的知识表达和运用能力,在规则表达形式和推理机方面,定义了一种直观自然的规则表示形式和知识库语法规则,编制了相应的推理机;在设计调整方面,提出了一种新的控制策略——“最优调整”控制策略,将设计过程较快地推向目标状态。 在上述工作的基础上,开发了高性能的永磁起动机电机设计专家系统。