电机设计论文汇总十篇

序论：好文章的创作是一个不断探索和完善的过程，我们为您推荐十篇电机设计论文范例，希望它们能助您一臂之力，提升您的阅读品质，带来更深刻的阅读感受。

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1.2电磁设计。由于该电机主要用于发电运行，因此应参照发电机相关设计规格进行电磁计算。同时由于电机热参数通常很高，相应的轴向散热要求很验证达标，要想解决这一难题，从而改善通风散热情况，优先选择相应的通风沟结构为9段分形式的通风沟，且每段为8厘米长。

2结构设计

2.1外形与总体。本文高速直流电机的设计主要是针对其要用于拖动立式水轮机进行高水头水力性能实验，因此设计为立式结构。

2.2定子设计。通常情况下高速直流电机的供电电源采取静止整流供电，要想适应运转负荷的高变化频率等要求，相应的定子机座会采用叠片机座的形式。做为重要零部件的主换向极冲片的厚度应为1毫米的Q235钢板冲制而成，而主极线圈的选择应为聚酯亚胺漆包线QZYB-2/155，从而达到加大主极线圈与换向极线圈之间间隔的效果，这更有利于电机的散热。

2.3电枢设计。将0.5毫米厚的厚DW310-50无取向冷轧硅钢片进行冲制，制得电枢冲片。同时，电枢铁心为无纬带绑扎固定绕组结构，这种结构可以有效的降低电枢槽高。采取径向通风方式进行电枢通风。电枢线圈的结构采用用单叠异槽和均压线形式，同时由于在电机进行高速转动时，换向片在较大离心力的作用下十分容易发生变形，故换向器采用绑式结构。换向片及整体升高片所使用的制造材料均为银铜梯排。

2.4轴承。上轴承采用7022A单列向心推力球轴承(其脂极限转速为3600r/min)，由定子机座承担转子全部重量。下轴承采用6024C3单列向心球轴承，起导轴承作用及卧式试验时承受双向轴向力。因电机为立式安装，为防止轴承漏油，油脂粘到换向器护环使碳粉堆积。轴承采用三层毛毡密封，有效防止漏油。

2.5通风。要想解决电机通风散热问题，提高电机相应的运行质量及测试准确度，在对电机进行通风设计时，在电机的上部置有4个出风品，且每个通风口都安装有径向出风防破损装置。同时使用两台LKW355S-4低噪音音风机鼓风，共同构成风冷相应的电机风冷系统。鼓风机拖动电机中心到电机中心距离约950毫米。风机出风口装一风筒，风筒与电机进风口距离为3到5毫米。

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二、如何让学生成为课堂的主人

“以教师为中心”“以灌输为主要形式”的传统教学方式已经无法适应新时代的需求。如果教师仅根据教材对内容进行枯燥的讲解，无法抓住学生的注意力，学生很容易溜号，影响课堂教学质量。因此可以通过引进研究型教学模式、师生互动来活跃课堂气氛。所谓“研究型教学模式”即将教师由知识的传授者转变为学习的指导者，将学生由被动的学习转变为主动的学习。如何使学生成为课堂的主人，在教学实践中发现培养学生的问题意识是课堂教学的有效手段，教师可以通过创设开放的问题情景，引导学生进入主动探求知识的过程，使学生围绕某类主体调查搜索、加工、处理应用相关信息，回答或解决现实问题。比如，以射频技术在物联网中的应用为开放课题，学生通过查资料，分析整理，更深刻体会了射频技术在智能家居、交通物流、儿童防盗等方面的应用，使学生在学习过程中主动把“自我”融入到课程中，敢于承担责任，善于解决问题。

三、让学生走上讲台

学生是课堂的主人，因此，可以改变以往教师在讲台上讲、学生坐在下面听的传统教学模式。让学生走上讲台可以将传统的讲授方式转换为专题研讨的教学模式。教师可以提前布置专题内容，如射频器件模型、射频电路设计、射频技术发展、射频技术的应用及未来发展趋势等。有个专题内容作为核心，学生可以在老师的指导下通过检索资料，组织分析资料，最终走上讲台向老师和其他学生讲述相关的内容。通过几年的实践，发现这样可以增加学生学习的主动性和自觉性、同时也能使学生对相关的问题发表各自的观点，形成对问题各抒己见、取长补短的研讨学习方式，大大拓宽学生的知识面以及综合表述能力。

四、通过实践教学加深理解理论教学内容

理论教学是掌握一门技术的基础，但实践教学也是必不可少的。学生在掌握一定的基础理论的同时，须要通过设计实践来强化巩固。实践教学的引入，不仅能够加深学生对理论知识的深入理解，洞悉细节，提高学生的动手能力，还可以培养学生创新思维及科研能力。因此，教师可以通过设置几个开放的课程设计内容来让学生主动研究探索。在本课程的教学中，本人已经有计划地进行了实践教学活动，例如，在实践教学中，曾经给学生布置了“用于GPS的低噪放电路设计”的实践设计。在该设计过程中，学生须要深入理解多方面知识，比如明确GPS的频段、确定低噪放的电路结构，并有效评估电路性能等。为了课程设计的顺利进行，学生须要进行查阅分析资料、软件安装、软件学习、电路设计、课程论文撰写等几个环节的分析设计工作，并最终在实践中系统深刻地理解掌握课程的理论内容，为以后的工作及深造打下坚实的基础。

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1、引言

从物理或数学意义的角度讲，不同电压等级网络的综合规划对获得全局最优解，得到总体上最大的经济效益是必要的。然而，输配电系统的同时综合规划长期以来并不被人们所重视，在实践中，人们普遍采用将各电压等级系统分层规划的策略。造成这种状况的原因主要是：

①输配电系统的网络结构不同，进而导致优化算法不同；

②各电压等级综合规划导致问题规模激增。另外，各级电网的分层管辖也是造成分层规划的一个实际原因。

本文对多电压等级、不同网络结构的输配电系统综合规划问题进行了研究，提出了基于知识的最短路遗传算法的解决方法[1].文献[1]利用最短路遗传算法求解了配电系统重构问题。实际上，网络规划问题与网络重构问题可被看成一类问题，只不过是弧费用的计算方法不同而已，即规划问题的弧费用需要用分段函数来表示，从而考虑固定投资和不同的线型。

2、不同电压等级的开环系统综合规划

在电力系统中，为了避免电磁环网，高中压配电网必定是开环运行的。这时就能利用能生成树状网络的最短路遗传算法来求解不同电压等级的开环系统综合规划问题。对于规划问题中根据安全性和可靠性的要求需要闭环设计的系统，可以先应用本文的方法得到树状网络，然后采用文献[2]的方法进行专门的联络线优化，以构成环网。最短路遗传算法是在同一个电压等级中实现的[1]，这样才能直接将负荷潮流迭加到各弧的流量上。对于多电压等级系统，只需仿照标幺值计算的原理将各电压等级的电气量折算到某一选定的电压等级上，就可以采用最短路遗传算法进行网络的全局优化。

3、开环与非开环混合输配电系统综合规划

如果需要进一步将开环与非开环系统综合规划，或配电系统允许弱环运行，最短路遗传算法就不能直接应用了。

但是，经过下述2个改变以后，最短路遗传算法即可近似地求解上述问题了。

3.1节点入度限制

首先，应允许在不需要放射运行的节点构成环。这可通过检测和限制节点入度数的方法来实现。最短路遗传算法中，在形成寻路网络Gm时，当某个中间节点k的入弧数Nin-x-m=1时，则其余指向该节点的有向弧（潮流必为0）均舍弃，这保证了最终形成的网络为放射状。现在，对每一节点规定最大入弧数，即最大入度Nin_k_MAX，若节点k属于放射状运行系统，则令其为1，否则令其为该节点最大允许的进线数。Nin_k_m记录节点k入弧数的变化情况，其初始值为0，并有机会逐渐增加。当时，其余指向该节点的有向弧（潮流为0）均舍弃。即实现了不同运行方式系统对网络结构的要求。经过以上改进的最短路遗传算法就可以解决开环与非开环系统综合规划在网络结构方面的要求。虽然，从原理上说它得到的只是较优解。

但可证明当各负荷大小趋近于0时，这种方法得到的解就会与全局最优解一致。当负荷越大时，其解越可能偏离最优解，因为此时该负荷有很大可能是由多个实际电源点供电。由于负荷通常在较低电压等级，而允许成环网运行的网络是在很高的电压等级，且低压负荷的容量比高压环网系统中元件的容量要小得多，所以，可近似地认为负荷点是由一个（实际）电源点供电，因此用最短路遗传算法获得的解将接近于实际最优解。

3.2有功潮流

由于网孔的出现，使得以负荷复电流（或功率）直接迭加构成线路中潮流的方法失去了合理性。因为只有一个虚拟源点，对于同时由2条以上供电路径供电的节点来说，可能会导致矛盾的节点电压。为了避免这种情况，此时可只考虑有功功率的优化。实际上对于允许环网的系统规划问题，现有的方法[3]也全是只考虑有功优化，而无功配置和电压控制由专门的无功优化来完成。这是因为：一方面，无功设备的投资一般要比线路、变压器和有功电源的投资小得多；另一方面，无功潮流在一定程度上可独立于有功潮流的控制。

4、基于知识的高效最短路算法

尽管最短路遗传算法不会有维数灾问题。

但是基本的Dijkstra最短路算法的计算时间复杂性是O（N2），其中N是规划问题的网络流模型的节点数，因此，基于最短路算法的局部优化算法的计算时间复杂性是O（N3）（认为负荷数与节点数成一定比例）；若遗传算法的种群个体数和最大代数取固定值，则最短路遗传算法的计算时间复杂性是O（N3）。可见随问题规模的增大，最短路遗传算法的计算时间也将很长。实际上，直接在输配电系统规模非常庞大的网络上利用常规的最短路算法为某一个负荷点寻找供电路径是很不必要的。对于一个负荷点来说，整个系统中可能为其供电的元件只是很小的一部分。如果能根据输配电系统的实际信息把这一小部分元件提取出来后再应用最短路算法，则最短路算法的寻路时间将大大缩短。而由前面的分析可知，最短路算法的计算时间复杂性决定了整个算法的计算时间复杂性。我们称这个被提取出来供寻找负荷m的最经济供电路径的网络为寻路网络Gm.用以提取寻路网络的方法应具备以下特点：

①易于计算机实现。

②在保证不丢失最优解的基础上，尽可能缩小寻路网络。下面，以一个实例来说明如何实现基于输配电系统知识的最短路算法。

若现有10kV，66kV，220kV，3个电压等级系统，要寻找负荷m的最优供电路径，则可按以下步骤提取寻路网络Gm.

（1）将输配电系统按电压等级分层，负荷点通常在最底层10kV层，虚拟电源点在最高电压等级层220kV层。

（2）定义元件Aij到负荷点m的距离为式中为元件Aij的起点坐标；XB-ij、yE-ij为元件Aij的终点坐标；Xm、Ym为负荷点m的坐标；Kij-m为元件Aij到负荷点m的距离调节系数，通常取1，可用于考虑一些特殊供电情况。按最大供电半径Rm选择出可能给负荷点m供电的10kV区域：若10kV元件（线路、变压器或变电站）与负荷点m的距离大于Rm，则认为其不可能为m供电，因此不加入寻路网络。反之，则将相应的元件加入负荷点m的寻路网络。

（3）通常希望尽可能通过具有主干线型或可靠性高的主干网络传送电能，并且减少电能在主干线型和次要线型间的转换。因此，规定最大精细寻路半径rm.在此半径之外，凡是具有非主干线型或位于次要分支线路或非主干路由（对于规划问题由于许多路由上线型未确定，因此这里用“非主干路由”一词）上的元件都不加入寻路网络，而在此半径之内的元件全加入寻路网络。

（4）经上述步骤形成的10kV系统范围内的寻路网络Gm_10包含有若干66kV/10kV变电站，它们对于10kV负荷点m来说是可能的供电点，而对于66kV系统来说是可能的负荷点。对这些变电站的每一个均采用与步骤（2）、（3）类似的方法，可得到其在66kV系统范围内的寻路网络，这些网络的并集构成负荷m在66kV系统范围内的寻路网络Gm_66.

（5）同理，Gm_66中所包含的220kV/66kV变电站也可看成220kV系统的负荷点。采用与步骤（4）同样的方法可获得负荷点m在220kV系统范围内的寻路网络Gm_220.当然，Gm_66中也可能包含发电厂，此时，可认为其是通过一条无损耗、无费用的虚拟弧，由设于220kV系统的虚拟源点供电。

（6）获得负荷点m在整个输配电系统的寻路网络为显然，经过以上步骤处理后，得到的负荷点m的寻路网络Gm要比初始的整个网络要小得多，因此最短路算法的计算量也将大大缩小。

5、结论

本文对多电压等级、不同网络结构的输配电系统的综合规划问题进行了研究。在解决了电压等级折算问题后，给出了基于最短路遗传算法的纯开环输配电系统综合规划的方法。以此为基础，通过控制节点出入度，并且只针对有功潮流进行优化，又提出了开环与非开环混合的输配电系统综合规划问题的近似解决方法。为了解决输配电系统规模大而造成的计算量问题，给出了基于输配电系统知识的最短路算法的实现方法。

参考文献

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1.1电阻测量法

1.1.1分段测量。分段测量是在机电设备电气线路故障中十分常用的测量方法，以线路里自然断开的点为分段点，把线路分成2段或是3段，先分别测出每段线路的阻值，倘若阻值无穷大，就说明该段存在断路故障，然后就可以逐级检查该段线路，直到准确找出故障点。

1.1.2分阶测量。这里的分阶测量同电压测量法里的分阶测量比较类似，主要不同就是电阻值的测量。在这里需要注意的是：测量时要断开电路电源，避免烧坏万用表；断开被测量电路和其他电路，避免其他电路尤其是同被测量电路并联的电路影响测量结果，误导后续工作；如果测量值和理论值相近或是相等，就表示线路接线没有故障，倘若测量值比理论值大很多，就表示线路里有接触不良的情况，如果测量线圈等负载，且电阻值为零，就说明线圈有短路情况；测量时要注意万用表的实际量程[1]。

1.2短接测量法

1.2.1局部短接。在电压正常的情况下逐一短接相邻的两个标号点，如点1-2、点2-3，如果短接到某两个点KM1出现吸合，就表示这两点间有断路情况。但这种方法只适用在一个故障或是线路元件少的时候。

1.2.2分段短接。通常将短接线一端固定在L1点，另一端逐段移动，减少短接次数，节省更多时间。如短接线一端固定在L1点，另一端移动到3号点，倘若KM1出现吸合，就表示故障范围在点3-L1之间；再将短接线移动到点1或是点2，直到确定故障具置，而点3-5就可以不用测量了。倘若KM1没有出现吸合，就表示故障在点3-5之间，这时就应将短接线移动到点4-5实施分段短接，直到确定故障位置。倘若断路点在点6-L1之间，那么短接的时候就要同时按下开关SB2[2]。这种方法通常用于测量次数多或是只有一个故障的线路。

1.3电压测量法

1.3.1分阶测量。分阶测量属于实用性较强的方法，主要是把万用表的一个表笔同被测量电气设备一端连接起来，另一端就分别连接电路里不同点位点，基于不同点万用表的实际读数确定电路的故障位置。如果万用表两个表笔间不存在故障，那么万用表的读数与电源的电压就应一样。点同被测量点间的电压为零，就表示这两点间有断路情况，这时就要借助万用表在两点间逐个测量，确定断路点。

1.3.2分段测量。分段测量基本原理同分阶测量基本原因一样，在分段测量里是逐段检测电气设备，这种检测方式适用于断路范围比较广的电路检测，可以节省很多检测时间。通常来说，逐段检测法常被运用到大型电气线路的断路检测。

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1.1电路图的设计。作为电子设计中的重要环节，设计结构完善、功能全面的电路图很有必要，这是确保电子设计最终产物能够正常使用的根本保障。在电子设计者进行电路原理图的设计工作时，完全可以借助Protel工具，实现原理图的输入。Protel蕴藏着资源丰富的电子器件库，在Protel的辅助下，设计者在绘图期间能够结合设计需求，灵活使用各类电子器件，大大简化了设计的工作量，同时提高了电路原理图的精密度。譬如，使用者绘制完成元器件后，可以根据自己的想象，将其放在任何一个位置，仅需通过拖动就能实现，无需进行其他调整参数等操作。

1.2模拟数据。电子线路CAD技术还能起到模拟数据的作用，以便设计者根据模拟电路运行产生的数据，检验电路设计有无异常。同时，可结合模拟数据，对电路进行更深层次的分析。Protel软件本身自带多种模拟功能，设计者可通过模拟功能的运用，对电子设计在通电情况下的温度、瞬态、灵敏度等情况有一个初步的了解，以确保该电路的功能是否达到预期效果。另外，还可利用数据模拟，了解电路各环节的运行情况，以便设计者及时察觉线路异常，并尽快采取措施进行调整。

1.3设计PCB板。利用Protel软件，将电路设计图进行布线，最终形成的电路板即为PCB板。PCB板的设计，离不开电路原理图的导入，而电路原理图的导入工作，势必需要借助Protel软件的数据模拟功能。同时，为确保PCB板的设计达到理想效果，电路原理图与PCB板中的各类元器件的电气特点务必要保持一致。只有这样，设计者才能借助Prote软件的布线功能完成布线工作，并在后期，通过人工调整的方式，进一步改善布线工作的效果，使电路布线更加精确、整洁。

2运用电子线路CAD技术提高电子设计课程教学质量的有效建议

电子线路CAD课程是一门理论与实际结合性很强，具有一定实践性的新兴课程，是当代电子信息技术专业的核心课程之一。电子线路CAD课程的主要目的，是帮助锻炼学生PCB板的设计能力，能够结合设计需要，完成各种类型的PCB板布局与布线。作为电子信息技术专业的高职学生，务必要掌握：CAD软件的应用能力、原理图绘制能力、原理图元件制作能力。PCB板设计能力、新元件封装制作能力、单面PCB板设计与编辑。双面PCB板设计与编辑，并了解一定的有关多层PCB板设计与编辑以及电子线路仿真知识。结合电子线路CAD技术在电子设计中的应用情况来看，为能有效完成电子线路设计工作，全面落实电子线路CAD技术的教学很有必要。然而，从目前教学工作开展情况来看，在高职电子设计课程的教学工作中，电子线路CAD技术的应用并没有达到理想效果。学生在对电子线路CAD技术始终无法真正掌握电子线路CAD技术，也不能通过灵活应用该技术，顺利完成电子设计工作。学生对该技术的学习，往往只是停留在对理论知识的理解，对实践操作方面的内容，多呈现出临时性记忆的特点，一旦离开教师的辅导或一定时间未接触，就会出现无从下手的情况。针对这一问题，结合发达国家成功经验，发现运用以行动为向导的项目教学法效果更佳。告知电子设计课程在教学过程中，应遵循以下基本原则：

（1）先整体后具体。在开展CAD技术的教学工作时，教师应提前对该技术的应用价值与学习意义进行介绍，告知学生这一知识要点的学习难度与学习目的，使学生做好充分的心理准备后，再进行各项目的教学与实践；

（2）循序渐进。学生初步接触CAD技术时，教师注意引导学生进行简单尝试，带领学生运用该技术进行难度系数低的电子设计，然后不断增减难度，由浅入深，加强学生运用该技术的能力。比如说，相较于高频电子产品，低频电子产品的电路设计更为简单，教师在带领学生进行学习时，应从低频电子产品的设计入手，待学生完全掌握操作技能后，再逐渐转向高频电子产品的电路设计；

（3）鼓励创新。在使用CAD技术进行电子设计时，教师应在学生CAD技术掌握到一定程度时，鼓励学生积极创新，进一步增强学生电子线路CAD技术应用的灵活性；

（4）要求学生将理论落实到实践。子在学生运用CAD技术完成电子设计任务时，教师应要求学生将设计转化为成品，而不是停留在电脑的设计。将设计转化为成品，能有效激发学生学习成就感，使学生更加直观的感受到CAD技术的魅力，今后愿意更加专注地投入学习。

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2）考虑到开通期间内部MOSFET产生Mill－er效应，要用大电流驱动源对栅极的输入电容进行快速充放电，以保证驱动信号有足够陡峭的上升、下降沿，加快开关速度，从而使IGBT的开关损耗尽量小。

3）选择合适的栅极串联电阻（一般为10Ω左右）和合适的栅射并联电阻（一般为数百欧姆），以保证动态驱动效果和防静电效果。根据以上要求，可设计出如图1所示的半桥LC串联谐振充电电源的IGBT驱动电路原理图。考虑到多数芯片难以承受20V及以上的电源电压，所以驱动电源Vo采用18V。二极管V79将其拆分为＋12．9V和－5．1V，前者是维持IGBT导通的电压，后者用于IGBT关断的负电压保护。光耦TLP350将PWM弱电信号传输给驱动电路且实现了电气隔离，而驱动器TC4422A可为IGBT模块提供较高开关频率下的动态大电流开关信号，其输出端口串联的电容C65可以进一步加快开关速度。应注意一个IGBT模块有两个相同单管，所以实际需要两路不共地的18V稳压电源；另外IGBT栅射极之间的510Ω并联电阻应该直接焊装在其管脚上（未在图中画出），而且最好在管脚上并联焊装一个1N4733和1N4744（反向串联）稳压二极管，以保护IGBT的栅极。

2实验结果及分析

在变换器的LC输出端接入两个2W／200Ω的电阻进行静态测试。实验中使用的仪器为：Agi－lent54833A型示波器，10073D低压探头。示波器置于AC档对输出电压纹波进行观测，波形如图5所示。由实验结果看，输出纹波可以基本保持在±10mV以内，满足设计要求。此后对反激变换器电路板与IGBT模块驱动电路板进行对接联调。观察了IGBT栅极的驱动信号波形。由实验结果看，IGBT在开通时驱动电压接近13V，而在其关断时间内电压接近5V。这主要是电路中的光耦和大电流驱动器本身内部的晶体管对驱动电压有所消耗（即管压降）造成的，故不可能完全达到18V供电电源的水平。

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该院的科技项目大多属于自主立项。科技项目立项主要根据院中长期科技发展战略，结合院业务发展需要及解决勘测设计过程中需要解决的关键技术问题，一与国家的产业鼓励政策和发展方向保持一致，开展引领型科技研究；二立足专业前沿，了解相关技术在国际、国内和行业中的发展水平，体现目前市场特色和先进性，根据市场需求开展领先型科技研究；三解决生产实践和工程中的难点和问题开展，解决工程实际问题，改善工艺，提高效率；四在提高工效、设计质量等方面做标准化、模块化，结合工程实际和三维设计开展，做出自己的特色和品牌。每年末申报下一年度的科技项目。项目实行项目经理(即负责人)负责制，立项经过严格的程序审批，由项目负责人提出立项申请(包括项目内容、所用关键技术、预期目标、成果、进度计划、人员分工、经费概算等)，经其所在部门领导批准、院科技专责审核、分管部门的院领导批准。在所有项目中，经院科学技术委员会集体讨论选拔出一些有技术含量、有影响、有深度的项目作为院重点科技项目，形成一般项目和院级重点项目分级管理。项目立项时，要分析评估科研项目在技术、资金、人员配置、成本等方面存在的风险，使企业在较低的风险水平上以较低的成本实现创新收益；与外单位合作开发的项目，要对合作单位进行尽职调查，签订合同，明确双方投资、分工、权利义务和研究成果产权归属，同时分析评估项目在技术、资金、人员配置、成本等方面存在的风险，制定风险防范措施。委托外单位承担的科研项目要进行招标，签订外包合同，明确研究成果的产权归属、研究进度和质量标准。

1.2实施过程

科技项目的管理分院、室两级管理。项目在进展过程中，一般项目主要由部门领导负责协调、督促、检查项目计划实施情况。安全技术部(科技主管部门)每季度对一般项目、每月对院级项目的计划实施情况进行检查，必要时请专家对阶段性研究成果进行评审。

1.3结题评审

项目完成后，项目负责人将所有项目材料(如技术报告、图纸、软件编制说明书、软件测试报告、用户操作手册等)准备齐全、规范，报安全技术部科技主管，申请结题评审。(若因某些原因中途要取消所立项目,项目负责人应提出“科标业项目撤消申请”，说明其理由，经安全技术部科技专责审核、主管院领导批准后方可取消所立项目。)一般每年四季度集中进行结题评审。结题评审由安全技术部组织、院科学技术委员会、评审委员会对项目进行评审。评审先进行形式审查，然后再由相关专家仔细审阅，提出初步意见。最后开会讨论，由评审委员会给出最终评审意见。

1.4经费

科技项目的经费来源于上级补助的专项经费和院自筹科技经费。项目在实施过程中发生的费用暂时按项目计列。项目经费在评审委员会对项目进行评审时一并讨论确定。项目金为项目批准经费减去实耗成本,实耗成本指项目的直接耗用成本(不含人员的工资、“七金”)。项目金待项目完成、结题评审、项目所有材料完成归档后(评审结束一个月内)结算，由项目负责人负责分配到项目组每个成员。对于项目组中途取消的项目,其所发生的直接耗用成本即为该项目经费。

1.5奖励

评审时，评审委员会对所有项目根据创新性、应用性、效益性、推广性几个方面进行打分，评出优秀科技进步一、二、三等奖，并颁发奖金。科技进步奖每年评审一次，凡获院科学技术进步一、二等奖的成果可以推荐向院外申报更高级别的奖项。

1.6考核

科技项目纳入综合业绩考核，安全技术部每年对各部门科技项目的完成情况进行考核。对因主观因素未按期完成的，严格按照《全面考核管理办法》，扣部门考核分。

1.7保密

对于有创新、有突破的技术，及时确认是否申请专利或作为非专利技术、商业秘密进行管理。对于确认需要保护的技术及时申报专利、作为技术秘密保护的申请行业专利技术。为鼓励员工开展个人创新和知识产权创作活动，专利、专有技术的成果完成人均获得相应荣誉和奖励。

2科技项目管理经验

近几年，该院科技工作取得了显著成绩，实现了专利、软件著作权、专有技术多方面零的突破。思考近年来科技管理工作，取得的经验有：

(1)院领导高度重视科技创新工作，科技管理机构、机制健全，管理制度完善；配置有经验的科技专责管理人员。领导班子高度重视科技创新工作，各项管理工作规范有序，科技组织和管理机构、机制健全，配置有经验的科技专责管理人员。不断加强制度建设，强化管理，出台了《全面考核管理办法》、《目标管理办法》、《经营业绩考核管理办法》、《专利及专有技术管理办法》、《科标业及科技论文管理规定》等一系列较完善的管理制度。

(2)科技工作有目标、有计划、有考核、有落实、有措施，科技管理规范、扎实有效；滚动制定科技中长期发展规划，每年年初制定科技工作目标、指标和科技计划、完成措施，指标分解到部门，研发项目实行项目经理负责制，责任落实到人。对科研项目与生产任务同等重视，同步安排。在众多立项的项目中，选拔一些有深度、有影响的项目作为院管重点项目，在项目进行过程中，每月按项目进展计划检查实施情况，并在月度例会上公布，纳入综合业绩考核，确保按计划完成。

(3)科技交流和技术合作为科技创新铺路搭桥。近两年，随着我院科技管理力度加大，我们不定期邀请西安通大专利有限责任公司专利专家来我院指导专利申请、著作权等有关知识产权申报方面的工作。使科技人员的知识产权保护意识明显加强，申报技巧和能力有了很大提高。

(4)加大科技创新奖励力度，调动了科技人员创新的工作热情近几年，我院修编了《专利及专有技术管理办法》、《科标业及科技论文管理规定》，加大了科技创新奖励力度，进一步调动了科技人员创新的工作热情。

3存在问题

虽然我院在勘测设计、科技创新方面虽然取得了一些成绩，但与全国其他电力设计院相比，还存在较大差距。主要表现在：一是创新与综合能力不强，项目起点和研究平台低，缺少核心技术，在业务中起关键作用的专利很少；二是虽有大量工程技术人员，但研究型创新人才少，尤其缺乏专家型、大师级的复合型领军人才；三是科技创新动力不足，设计人员重生产、轻科技，没有形成生产、科研两条腿走路的有效机制。

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1.2控制电路与模数转换电路设计选用C8051F410单片机对整个系统进行控制，C8051F410具有与8051兼容的高速CIP-51内核，与MCS-51指令完全兼容。C8051F410资源丰富，具有24个I/O引脚，同时还具有时钟振荡器等功能模块。ADS1274是TI公司生产的24位无失码高性能模数转换器，具有最高144kSPS数据采样速率，功耗低，在52kSPS（高精度模式）采样速率下，单通道功耗仅为31mW，工作温度范围广，最低温度-40°C最高温度+125°C，非常适合应用于条件苛刻的工业控制领域。该芯片模拟前端具有4个单端输入通道,模拟部分采用5V供电，内核为3.3V或者1.8V供电。模拟输入电压为———0.3V~6V。采用THS4521作为AD转换器的驱动器，THS4521极低功耗轨至轨输出全差动放大器，带宽高达145MHz，数据转换速率高达490V/μs，直流开环增益为119dB，宽范围供电电压：+2.5V~+5.5V，单通道电流仅为1.14mA。C8051F410与ADS1274通过标准SPI接口进行通信，设计采用3线制的主、从方式。C8051F410控制ADS1274，C8051F410通过SCLK时钟管脚提供并控制ADS1274提供SPI的时钟信号。单片机的MOSI引脚与ADS1274的DIN引脚相连，向ADS1274发送数据，实现配置寄存器，设置工作模式等功能。C8051F410的MISO引脚与ADS1274的DOUT相连，接收AD转换的数据。ADS1274的RDY引脚与单片机的P0.3引脚相连，当ADS1274完成模数转换以后，RDY引脚有高电平变为低电平，通知单片机模数转换完成，准备读取数据。

1.3恒流电源电路LM2904系列运算放大器是TI公司生产的低功耗双运算放大器。ADXRS646型MEMS陀螺仪需要的供电电压为6V，由LM2904构成的放大电路可以产生两路稳定的6V电压，输出抖动小于5mV，输出电流可以达到40mA，满足MEMS陀螺仪的供电要求。由LM2904构成的基本电压放大电路。放大电路的输入电压5V，电压的放大倍数为1.2倍，由此可以得出两路输出A和B均为6V。

2软件设计

数据采集装置上电后首先对C8051F410进行初始化设置，通过配置寄存器，设置SPI通信模式、内部振荡器的工作频率以及看门狗的监测时间。然后对ADS1274进行AD采样率、工作模式和通信模式等模块的初始化。选择ADS1274的差分模拟输入通道AIN1、AIN2、AIN3进行数据采集，模拟电压输入范围为0~5V，数据寄存器配置为24位。向ADS1274发送开始转换命令，单片机开始计时，计时时间未结束，传输采集的数据；计时时间到，继续开始AD转换。采集后的角速率数据经过单片机简单处理后，由RS232串口输出。

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对EHW的研究主要采用了进化理论中的进化计算（EvolutionaryComputing）算法,特别是遗传算法（GA）为设计算法，在数字电路中以现场可编程门阵列（FPGA）为媒介，在模拟电路设计中以现场可编程模拟阵列（FPAA）为媒介来进行的。此外还有建立在晶体管级的现场可编程晶体管阵列（FPTA），它为同时设计数字电路和和模拟电路提供了一个可靠的平台。下面主要介绍一下遗传算法和现场可编程门阵列的相关知识，并以数字电路为例介绍可进化硬件设计方法。

1．1遗传算法

遗传算法是模拟生物在自然环境中的遗传和进化过程的一种自适应全局优化算法，它借鉴了物种进化的思想，将欲求解问题编码，把可行解表示成字符串形式，称为染色体或个体。先通过初始化随机产生一群个体，称为种群，它们都是假设解。然后把这些假设解置于问题的“环境”中，根据适应值或某种竞争机制选择个体（适应值就是解的满意程度），使用各种遗传操作算子（包括选择，变异，交叉等等）产生下一代（下一代可以完全替代原种群，即非重叠种群；也可以部分替代原种群中一些较差的个体，即重叠种群），如此进化下去，直到满足期望的终止条件，得到问题的最优解为止。

1．2现场可编程逻辑阵列(FPGA)

现场可编程逻辑阵列是一种基于查找表(LUT,LookupTable)结构的可在线编程的逻辑电路。它由存放在片内RAM中的程序来设置其工作状态，工作时需要对片内的RAM进行编程。当用户通过原理图或硬件描述语言（HDL）描述了一个逻辑电路以后，FPGA开发软件会把设计方案通过编译形成数据流，并将数据流下载至RAM中。这些RAM中的数据流决定电路的逻辑关系。掉电后，FPGA恢复成白片，内部逻辑关系消失，因此，FPGA能够反复使用，灌入不同的数据流就会获得不同的硬件系统，这就是可编程特性。这一特性是实现EHW的重要特性。目前在可进化电子电路的设计中，用得最多得是Xilinx公司的Virtex系列FPGA芯片。

2进化电子电路设计架构

本节以设计高容错性的数字电路设计为例来阐述EHW的设计架构及主要设计步骤。对于通过进化理论的遗传算法来产生容错性，所设计的电路系统可以看作一个具有持续性地、实时地适应变化的硬件系统。对于电子电路来说，所谓的变化的来源很多，如硬件故障导致的错误，设计要求和规则的改变，环境的改变（各种干扰的出现）等。

从进化论的角度来看，当这些变化发生时，个体的适应度会作相应的改变。当进化进行时，个体会适应这些变化重新获得高的适应度。基于进化论的电子电路设计就是利用这种原理,通过对设计结果进行多次地进化来提高其适应变化的能力。

电子电路进化设计架构如图1所示。图中给出了电子电路的设计的两种进化，分别是内部进化和外部进化。其中内部进化是指硬件内部结构的进化，而外部进化是指软件模拟的电路的进化。这两种进化是相互独立的，当然通过外部进化得到的最终设计结果还是要由硬件结构的变化来实际体现。从图中可以看出，进化过程是一个循环往复的过程，其中是根据进化算法（遗传算法）的计算结果来进行的。整个进化设计包括以下步骤：

（1）根据设计的目的，产生初步的方案，并把初步方案用一组染色体（一组“0”和“1”表示的数据串）来表示，其中每个个体表示的是设计的一部分。染色体转化成控制数据流下载到FPGA上，用来定义FPGA的开关状态，从而确定可重构硬件内部各单元的联结，形成了初步的硬件系统。用来设计进化硬件的FPGA器件可以接受任意组合的数据流下载，而不会导致器件的损害。

（2）将设计结果与目标要求进行比较，并用某种误差表示作为描述系统适应度的衡量准则。这需要一定的检测手段和评估软件的支持。对不同的个体，根据适应度进行排序，下一代的个体将由最优的个体来产生。

（3）根据适应度再对新的个体组进行统计，并根据统计结果挑选一些个体。一

部分被选个体保持原样，另一部分个体根据遗传算法进行修改，如进行交叉和变异，而这种交叉和变异的目的是为了产生更具适应性的下一代。把新一代染色体转化成控制数据流下载到FPGA中对硬件进行进化。

（4）重复上述步骤，产生新的数代个体，直到新的个体表示的设计方案表现出接近要求的适应能力为止。

一般来说通过遗传算法最后会得到一个或数个设计结果，最后设计方案具有对设计要求和系统工作环境的最佳适应性。这一过程又叫内部进化或硬件进化。

图中的右边展示了另一种设计可进化电路的方法，即用模拟软件来代替可重构器件，染色体每一位确定的是软件模拟电路的连接方式，而不是可重构器件各单元的连接方式。这一方法叫外部进化或软件进化。这种方法中进化过程完全模拟进行，只有最后的结果才在器件上实施。

进化电子电路设计中，最关键的是遗传算法的应用。在遗传算法的应用过程中，变异因子的确定是需要慎重考虑的，它的大小既关系到个体变异的程度，也关系到个体对环境变化做出反应的能力，而这两个因素相互抵触。变异因子越大，个体更容易适应环境变化，对系统出现的错误做出快速反应，但个体更容易发生突变。而变异因子较小时，系统的反应力变差，但系统一旦获得高适应度的设计方案时可以保持稳定。

对于可进化数字电路的设计，可以在两个层面上进行。一个是在基本的“与”、“或”、“非”门的基础上进行进化设计，一个是在功能块如触发器、加法器和多路选择器的基础上进行。前一种方法更为灵活，而后一种更适于工业应用。有人提出了一种基于进化细胞机（CellularAutomaton）的神经网络模块设计架构。采用这一结构设计时，只需要定义整个模块的适应度，而对于每一模块如何实现它复杂的功能可以不予理睬，对于超大规模线路的设计可以采用这一方法来将电路进行整体优化设计。

3可进化电路设计环境

上面描述的软硬件进化电子电路设计可在图2所示的设计系统环境下进行。这一设计系统环境对于测试可重构硬件的构架及展示在FPGA可重构硬件上的进化设计很有用处。该设计系统环境包括遗传算法软件包、FPGA开发系统板、数据采集软硬件、适应度评估软件、用户接口程序及电路模拟仿真软件。

遗传算法由计算机上运行的一个程序包实现。由它来实现进化计算并产生染色体组。表示硬件描述的染色体通过通信电缆由计算机下载到有FPGA器件的实验板上。然后通过接口将布线结果传回计算机。适应度评估建立在仪器数据采集硬件及软件上，一个接口码将GA与硬件连接起来，可能的设计方案在此得到评估。同时还有一个图形用户接口以便于设计结果的可视化和将问题形式化。通过执行遗传算法在每一代染色体组都会产生新的染色体群组，并被转化为数据流传入实验板上。至于通过软件进化的电子电路设计，可采用Spice软件作为线路模拟仿真软件，把染色体变成模拟电路并通过仿真软件来仿真电路的运行情况，通过相应软件来评估设计结果。

4结论与展望

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机床配色设计时首先要以机床的功能为出发点，继而与产品的形态、结构、功能达到统一,利用色彩设计使工程机械发挥其功能作用并有更好的生产效果。数控机床体积较大时，配色应采用光泽度较低的浅色系色彩，从而使操作者减轻沉闷感，可采用饱和度较低而亮度较高的暖色作为装饰配色，但装饰面积不宜过多，避免造成操作者的情绪亢奋。

2）环境性原则。

机床的工作环境一般都在室内进行，机床的配色要比底面色彩明度高、色调浅，而比墙面色彩明度低、色调深。这里所指的工作环境，除了工作车间外，有时也指地域性的气候环境，这时就要强调机床配色与气候的相融性。例如炎热地区宜采用冷色系配色，寒冷地区则采用暖色系的配色。

3）人机关系协调原则。

机电产品的作业环境一般较为恶劣,需要作业人员长时间集中注意力,所以应在色彩上给他们提供一个和谐轻松的环境；合理的色彩设计能够避免操作人员产生紧张焦虑的情绪，使机床外部造型具有良好的可视性，根据操作人员的人机工程学要求来设计，可以使操作者在操作机床的过程中迅速做出反应，也确保工作效率和安全性。

4）工艺性原则。

配色方案采用的装饰工艺是否容易实现也是在色彩设计中不需考虑的问题。对于大型的铸件、锻件通常采用明度和纯度偏低的色调，表面平整光洁的型材冲压、折边、焊接等工艺制造的产品,可采用明亮、浅谈、纯净的色调,使产品显得干净利落。此外，采用材料本质的色彩,既能在产品的总体色彩中起到丰富色彩变化的目的,又可以显示出高超的加工工艺，使“形”“色”“质”达到统一。

5）美学原则。

在工程机械产品色彩设计中,要充分运用美学原则,如:对比与协调、变化与统一、比例与尺度、均衡与稳定、节奏与韵律、主从与重点、过渡与呼应等。把握好机械产品的造型,将色彩与造型完美地结合，在机床上部分配以饱和度较高、明度较大的色彩，在机床的下部分配以饱和度低、明度小的色彩，可以给人以安全、稳重的感觉。

6）流行性原则。

人们的审美标准不是一成不变的，会随着时代的发展而变化，在某一阶段会有某些色彩受到多数人的喜欢,这就是所谓的“流行色”。在机电产品的色彩设计中也应考虑“流行色”的因素。近年来,国外机电产品已呈现多彩化的趋势,而国内很多机械产品的色彩还是以往的惯用色,国内大众对工程机械色彩改变的需求越来越强烈。大多为重型机械更新周期比较长,其流行色的周期相对其他产品也比较长。但流行色不是一成不变的,要注意其审美观的发展趋势。

二、产品色彩设计原则在机床中的应用

现代机床类产品有一个共同点，多数工作环境都在室内，且与人的关系密切。以这些特点为依据，可以从以下几个方面来研究数控机床的色彩设计方法。

1）机床主色调设计。

在机床色彩设计面积最大的部位为床身、主轴箱、减速箱、底座、立柱等，这些部位是突出机床色彩风格特征的关键部位。大部件外形大多规则，且一般都有固定位置，不会任意搬动，所以这些部位在设计时要求体现出理智、沉稳、安静、厚重等的特征。在设计数控机床主色调时，总体要求采用亮度和饱和度适中的浅色调、暖色调或者冷色调为宜，并视情况为有所变化。

2）机床重点部位色彩设计。

机床重点部位配色，如操作控制面板、仪器、仪表、刀架、按钮操作面板等，工作时通常在这些部位操作频繁，对于这些部位的配色设计应该用柔和、舒适、轻快、随和的色彩。控制面板色调配合机床的总体色调，一般采用单色配色方式。面板元器件数量较少而面积又比较大时，采用多色配色方式，起到分割控制面板的作用，从而使面板更规整化；对于控制面板上的按键、显示器、指示灯等常装备元器件的配色设计，可选用清晰、爽朗的颜色与面板主色调搭配；仪器、仪表作为机床的重点部件，其配色可以根据机床的主色调进行再设计。仪器、仪表的配色包括面板和外壳两部分，外壳通常采用暖色调，以体现仪器、仪表的轻巧度，也可采用深以达到纯净、简单的视觉效果。而对于像仪表柜这类体积较大的部件，若采用单色可能会过于单调，这时可在壳体的配色设计上采用多色处理，在侧面采用与壳体色调相调和的近似色调，并在亮度上加以改变，最终获得统一又不乏味的视觉效果。最后，对机床危险性多发的部位进行色彩设计时，一般采用符合安全规定的警示色，达到醒目、紧张的感官效果。