永磁無(wú)刷直流電機(jī)是近年來(lái)隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和新型永磁材料的出現(xiàn)而迅速成熟起來(lái)的一種新型機(jī)電一體化電機(jī)，它具有單位體積轉(zhuǎn)矩高、轉(zhuǎn)矩慣性比小起動(dòng)轉(zhuǎn)矩高調(diào)速特性好等優(yōu)點(diǎn)，因而在航空航天數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備及家用電器等許多方面都獲得了廣泛的應(yīng)用與傳統(tǒng)的電機(jī)相比，永磁無(wú)刷直流電機(jī)的設(shè)計(jì)靈活性較大，設(shè)計(jì)難度高主要體現(xiàn)在：（1）由于永磁體的存在，磁路構(gòu)成比較復(fù)雜，傳統(tǒng)的基于磁路的分析方法難以準(zhǔn)確計(jì)算永磁無(wú)刷直流電機(jī)的磁場(chǎng)分布，而需要借助于有限元法進(jìn)行電機(jī)磁場(chǎng)的分柝?zé)o刷直流電機(jī)設(shè)計(jì)的靈活性較大，對(duì)于某一給定額定值和技術(shù)要求，方案的選擇空間較大，電機(jī)的極數(shù)、相數(shù)、繞組型式和其主要尺寸的數(shù)值都可以不一樣，幾種方案都可以滿足要求，這就需要詳細(xì)分析比較，進(jìn)行優(yōu)選，作最后取舍（3）永磁無(wú)刷直流電機(jī)的控制器與電機(jī)本體關(guān)系密切，需要進(jìn)行機(jī)電一體化設(shè)計(jì)，這方面的設(shè)計(jì)理論和方法有待完善，設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的積累相對(duì)較少。

本文提出將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于永磁直流無(wú)刷電機(jī)的電磁設(shè)計(jì)過(guò)程，通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在電機(jī)幾何設(shè)計(jì)變量與電機(jī)等效電路參數(shù)之間建立耦合關(guān)系，可以建立電機(jī)較準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，提高永磁無(wú)刷直流電機(jī)的設(shè)計(jì)分析精度。在此基礎(chǔ)上，將人工智能專家系統(tǒng)技術(shù)引入永磁無(wú)刷直流電機(jī)電機(jī)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，建立永磁無(wú)刷直流電機(jī)設(shè)計(jì)混合型專家系統(tǒng)，能夠模擬設(shè)計(jì)專家的智能決策過(guò)程，提高永磁無(wú)刷直流電機(jī)設(shè)計(jì)的智能化水平。

2基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電機(jī)電路參數(shù)預(yù)測(cè)方法精確預(yù)測(cè)電機(jī)的性能與運(yùn)行特性一直是電機(jī)設(shè)計(jì)者關(guān)注的主要問(wèn)題，對(duì)于永磁無(wú)刷直流電機(jī)尤為重要。長(zhǎng)期以來(lái)，有限元法已成為永磁無(wú)刷直流電機(jī)設(shè)計(jì)與分析中應(yīng)用最廣、效果最佳的分析工具然而，有限元法對(duì)計(jì)算機(jī)資源要求較高、計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng)在電機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中，有限元法可能要求反復(fù)應(yīng)用于電機(jī)性能預(yù)測(cè)與設(shè)計(jì)調(diào)整過(guò)程當(dāng)設(shè)計(jì)1臺(tái)特殊的無(wú)刷直流電機(jī)，并算出其各個(gè)運(yùn)行狀態(tài)的特性，整個(gè)計(jì)算過(guò)程要求反復(fù)進(jìn)行，計(jì)算時(shí)間尤其漫長(zhǎng)因此，如果能夠研究出一種既能具備有限元法的精度，其計(jì)算速度又快于有限元法的新型方法，對(duì)電機(jī)設(shè)計(jì)必定具有重要價(jià)值。

近年，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論的研究受到了人們的極大關(guān)注，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種基于大規(guī)模并行處理的非線性動(dòng)力系統(tǒng)，由于其分布性存儲(chǔ)信息、并行分布處理的特性，使之具有自組織、自學(xué)習(xí)和容錯(cuò)性等特點(diǎn)，已廣泛用于許多工程問(wèn)題中，電機(jī)設(shè)計(jì)領(lǐng)域亦是其應(yīng)用之一，然而在上述的研究中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)只是簡(jiǎn)單地提供了一個(gè)以電機(jī)性能為輸入層，電機(jī)幾何設(shè)計(jì)尺寸為輸出層的影射關(guān)系考慮到輸入輸出變量之間存在著高度的耦合性和相互關(guān)聯(lián)性，這使得數(shù)據(jù)模型的產(chǎn)生與網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練都較為復(fù)雜，且效率較低電路法是永磁直流電機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中經(jīng)常使用的一種有效分析方法，通過(guò)應(yīng)用電路模型，并以此將電機(jī)導(dǎo)磁體材料、幾何設(shè)計(jì)變量與電機(jī)性能參數(shù)建立聯(lián)系，可以極大地改善這種耦合效應(yīng)因此，本文將電路法、有限元法與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，提出了一個(gè)適用于永磁無(wú)刷直流電機(jī)性能計(jì)算的新模型，其結(jié)構(gòu)如所示該模型以永磁無(wú)刷直流電機(jī)的幾何設(shè)計(jì)變量材料參數(shù)為輸入神經(jīng)元，電機(jī)電路參數(shù)為輸出神經(jīng)元，以樣機(jī)測(cè)試結(jié)果或有限元法計(jì)算結(jié)果為訓(xùn)練樣本，通過(guò)一定的訓(xùn)練方法和訓(xùn)練過(guò)程實(shí)現(xiàn)從電機(jī)幾何設(shè)計(jì)變量到電路參數(shù)的映射關(guān)系，并進(jìn)而基于電路模型進(jìn)行電機(jī)的性能計(jì)算和運(yùn)行仿真由于輸入輸出神經(jīng)元之間不存在耦合關(guān)系，使得神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的靈活性和效率都大大提高訓(xùn)練后的網(wǎng)絡(luò)能夠快速地計(jì)算給定幾何尺寸電機(jī)的電路參數(shù)。由于訓(xùn)練樣本是通過(guò)有限元法計(jì)算的，考慮了磁路的非線性和具體的尺寸及電樞反應(yīng)問(wèn)題，模型的精度也得到保證。與有限元法相比，使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算電機(jī)電路參數(shù)在保持足夠精度的前提下，大大減少了計(jì)算時(shí)間利用電機(jī)的電路參數(shù)，能夠快速而方便地計(jì)算電機(jī)性能這種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以用于電機(jī)分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)領(lǐng)域3磁無(wú)刷直流電機(jī)設(shè)計(jì)混合型專家系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)永磁無(wú)刷直流電機(jī)設(shè)計(jì)混合型專家系統(tǒng)是在傳統(tǒng)電機(jī)設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上引入人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法而生成，它主要包括基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的電機(jī)性能計(jì)算模塊和專家系統(tǒng)模塊組成。前者用來(lái)精確計(jì)算電機(jī)的參數(shù)和性能，而后者在系統(tǒng)中的作用包括三個(gè)方面：（1）根據(jù)設(shè)計(jì)者輸入設(shè)計(jì)要求，運(yùn)用基于實(shí)例的推理機(jī)制，在樣本數(shù)據(jù)庫(kù)中選擇相近的方案，經(jīng)過(guò)初步調(diào)整生成初始設(shè)計(jì)方案，即模擬人類設(shè)計(jì)專家運(yùn)用“類比”法確定設(shè)計(jì)方案的過(guò)程。

根據(jù)系統(tǒng)發(fā)出的不同消息，調(diào)用知識(shí)庫(kù)中不同的知識(shí)群，調(diào)整電機(jī)設(shè)計(jì)方案，即模擬人類設(shè)計(jì)專家運(yùn)用設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與設(shè)計(jì)知識(shí)進(jìn)行邏輯推理的調(diào)整過(guò)程。

根據(jù)設(shè)計(jì)者要求的優(yōu)化目標(biāo)，幫助設(shè)計(jì)者選取合適的優(yōu)化變量和優(yōu)化目標(biāo)，建立優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)的智能化知識(shí)庫(kù)主要用來(lái)存儲(chǔ)電機(jī)設(shè)計(jì)的有關(guān)知識(shí)，在永磁無(wú)刷電機(jī)設(shè)計(jì)混合型專家系統(tǒng)中，它包括以下幾個(gè)方面的知識(shí)：（1）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊所需要的訓(xùn)練樣本知i識(shí)（2）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊中的權(quán)值矩陣（3）基于事例推理所需的實(shí)例知i識(shí)（4）設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)、調(diào)整過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)在系統(tǒng)中，為便于知識(shí)庫(kù)的管理，實(shí)現(xiàn)知識(shí)庫(kù)與系統(tǒng)的總體框架如所示，整個(gè)系統(tǒng)采用基于緊耦合模型的結(jié)構(gòu)，以黑板機(jī)制控制設(shè)計(jì)流程，模塊之間通過(guò)內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)傳輸信息，減少了模塊之間的頻繁數(shù)據(jù)通訊，使得系統(tǒng)運(yùn)行速度和可靠性均得到提高。

動(dòng)1態(tài)數(shù)11據(jù)庫(kù)推理機(jī)制的有效分離，對(duì)于不同的知識(shí)采取了不同的知識(shí)表示方式前三類知識(shí)采取數(shù)據(jù)庫(kù)的形式存儲(chǔ)。對(duì)于設(shè)計(jì)過(guò)程中所需的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，則采用規(guī)則則一框架形式建立知識(shí)庫(kù)即以產(chǎn)生式規(guī)則描述電機(jī)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的各種敘述性知識(shí)，以框架結(jié)構(gòu)表示電機(jī)設(shè)計(jì)的各種數(shù)據(jù)，將功能相同的規(guī)則體放在一起，以文體形式存儲(chǔ)，在規(guī)則的管理上，則采用框架結(jié)構(gòu)，將知識(shí)庫(kù)名作為框架名，規(guī)則文件名作為槽值名。

3.2推理機(jī)制推理系統(tǒng)是專家系統(tǒng)的推理策略實(shí)現(xiàn)機(jī)制，對(duì)于永磁無(wú)刷電機(jī)設(shè)計(jì)混合型專家系統(tǒng)，已知的是一組設(shè)計(jì)目標(biāo)，據(jù)此進(jìn)行推理、設(shè)計(jì)，是逆向推理；而在設(shè)計(jì)過(guò)程中，系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)得到一初始方案，在此基礎(chǔ)上，利用調(diào)整規(guī)則調(diào)整設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，則是由事實(shí)向目標(biāo)的推理過(guò)程，屬于正向推理，因此，系統(tǒng)的推理過(guò)程是一個(gè)正向推理和逆向推理相結(jié)合的混合推理過(guò)程?？紤]到電機(jī)設(shè)計(jì)變量眾多，搜索空間較大，為提高推理效率，推理機(jī)制采用“狀態(tài)評(píng)估一推理”

的模式，即首先判斷當(dāng)前設(shè)計(jì)狀態(tài)，才調(diào)用相應(yīng)的知識(shí)群，采取相應(yīng)的推理機(jī)制系統(tǒng)中將設(shè)計(jì)狀態(tài)分為：（1）方案生成階段，此時(shí)采取基于事例的推理方式，通過(guò)調(diào)用對(duì)樣本知識(shí)庫(kù)進(jìn)行模糊檢索，尋找相近設(shè)計(jì)方案生成初始設(shè)計(jì)方案。（2）方案分析階段，此時(shí)調(diào)用基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電機(jī)性能計(jì)算模塊。（3）方案評(píng)價(jià)階段，應(yīng)用模糊理論的有關(guān)知識(shí)對(duì)設(shè)計(jì)方案的主要性能指標(biāo)和主要電磁參量值等采用偏差系數(shù)和識(shí)別系數(shù)進(jìn)行模糊描述，對(duì)設(shè)計(jì)方案的狀態(tài)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。（4）方案調(diào)整階段，根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果，確定推理的方向、目標(biāo)和需用到的知識(shí)，通過(guò)推理函數(shù)，調(diào)用相應(yīng)知識(shí)，實(shí)現(xiàn)調(diào)整。

采用“狀態(tài)評(píng)估一推理”的模式實(shí)現(xiàn)專家系統(tǒng)的推理機(jī)制不僅能夠提高推理效率，而且可使推理機(jī)制具有通用性。

4永磁無(wú)刷直流電機(jī)設(shè)計(jì)混合型專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)4.1設(shè)計(jì)流程采用永磁無(wú)刷直流電機(jī)設(shè)計(jì)混合型專家系統(tǒng)進(jìn)行永磁無(wú)刷直流電機(jī)電磁設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)流程如所示，系統(tǒng)以最佳電磁設(shè)計(jì)方案形成為主線，將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)貫穿于設(shè)計(jì)的全過(guò)程，電磁設(shè)計(jì)4.2設(shè)計(jì)實(shí)例現(xiàn)以該系統(tǒng)設(shè)計(jì)1臺(tái)50w永磁無(wú)刷直流電機(jī)，8極，三相6狀態(tài)控制方式，定子外徑60mm，鐵心長(zhǎng)度25mm，燒結(jié)欽鐵砸永磁材料，結(jié)果如表1所示，其中測(cè)試值為江蘇省微電機(jī)產(chǎn)品技術(shù)監(jiān)測(cè)站測(cè)試結(jié)果表1無(wú)刷直流電機(jī)設(shè)計(jì)值與測(cè)試值比較項(xiàng)目設(shè)計(jì)值測(cè)試值電源電壓/v額定轉(zhuǎn)矩/nm額定轉(zhuǎn)速/（r/min）空載轉(zhuǎn)速/（r/min）額定電流/a輸入功率/w輸出功率/w效率/（%）測(cè)試值中電壓電流、功率和效率均指電機(jī)和控制器一體化的系統(tǒng)數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)值與測(cè)試值基本相符。

5結(jié)語(yǔ)本文介紹了一個(gè)基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)下轉(zhuǎn)第17頁(yè)）了一種定子沖片有24槽的3對(duì)極的電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子是鼠籠式的，額定電壓為三相交流380v，功率120w，空載電流為0.09a，此電動(dòng)機(jī)已應(yīng)用在一種空調(diào)機(jī)中，效果較好。國(guó)內(nèi)已有類似的2 3對(duì)極的變極電機(jī)，沖片也是24槽，3對(duì)極運(yùn)行時(shí)的空載電流為0. 25a，雖然不能與它直接比較，但不妨用來(lái)作背景，以闡明其未來(lái)的應(yīng)用前景用本文提供的嵌線技術(shù)制造電機(jī)，其生產(chǎn)過(guò)程比較順利，有一定的應(yīng)用價(jià)值本文的研究結(jié)果不僅拓寬了電機(jī)槽數(shù)的可選擇范圍，而且可能會(huì)有助于電機(jī)設(shè)計(jì)者學(xué)術(shù)思想的解放