1 　前言

　　隨著有色、冶金、化工等行業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)大功率整流電源的需求日益增多。由于運(yùn)行條件不同，使整流電源的設(shè)計(jì)呈現(xiàn)多樣化。傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)只能替換結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等工作，而對(duì)系統(tǒng)的分析計(jì)算、參數(shù)優(yōu)化、控制仿真、模擬等關(guān)鍵指標(biāo)無(wú)能為力。計(jì)算機(jī)智能設(shè)計(jì)方法(ICAD)的出現(xiàn)為設(shè)計(jì)方法的變革提供了機(jī)遇。ICAD的提出由來(lái)已久，并在機(jī)械、電子、建筑等領(lǐng)域中廣為應(yīng)用[1]，但在整流電源設(shè)計(jì)領(lǐng)域中尚屬空缺。本文應(yīng)用ICAD方法處理參數(shù)計(jì)算、性能分析、設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)等智能設(shè)計(jì)任務(wù)，開發(fā)出了具有一定智能的實(shí)用系統(tǒng)。

　　智能CAD系統(tǒng)，基于中文windows 平臺(tái)，采用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法，利用功能強(qiáng)大的VB、Visual C++ 編程。應(yīng)用程序界面采用資源治理樹型界面，操縱直觀，方便簡(jiǎn)單。

　　2 大功率整流電源設(shè)計(jì)流程

　　大功率整流電源通常電流高達(dá)數(shù)十千安培，為高能耗設(shè)備，一般均要求電源效率高，電流紋波小，運(yùn)行可靠，其設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

　　首先輸進(jìn)設(shè)計(jì)要求的原始數(shù)據(jù)，如負(fù)載參數(shù)、電網(wǎng)指標(biāo)參數(shù)、工作環(huán)境條件、冷卻方式、結(jié)構(gòu)尺寸限制、進(jìn)出線位置、可靠性要求等;然后根據(jù)這些條件進(jìn)行主整流方案設(shè)計(jì)，包括整流結(jié)構(gòu)型式的選擇、整流機(jī)組配置方案的確定、穩(wěn)流控制系統(tǒng)方案的確定、主元件選擇、冷卻方式的選用、裝置結(jié)構(gòu)的選擇等。在此段設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要參考大量的設(shè)計(jì)規(guī)程、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，需要做很多分析、判定。上述方案設(shè)計(jì)采用專家系統(tǒng)技術(shù)十分恰當(dāng);其后再進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)，包括整流電路主參數(shù)計(jì)算、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)等;機(jī)械設(shè)計(jì)包括發(fā)熱計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)等;系統(tǒng)性能指標(biāo)分析仿真對(duì)整流電源的靜、動(dòng)態(tài)特性等進(jìn)行分析。后三個(gè)模塊的工作以數(shù)值計(jì)算為主，所以開發(fā)程序采用一般算法語(yǔ)言比較合適。最后階段是設(shè)計(jì)結(jié)果的輸出，包括電路原理圖、裝置結(jié)構(gòu)圖、設(shè)計(jì)計(jì)算書、設(shè)備明細(xì)表、系統(tǒng)報(bào)價(jià)、性能曲線等的輸出。

　　大功率整流電源設(shè)計(jì)流程

　　3 智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

　　整流電源智能CAD系統(tǒng)的設(shè)計(jì)體現(xiàn)了系統(tǒng)集成思想。利用Windows進(jìn)程間通訊(IPC)功能，將專家系統(tǒng)與機(jī)械CAD、電子CAD、CAE及其它系統(tǒng)和技術(shù)文檔有機(jī)地結(jié)合在一起。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖2。

　　其中調(diào)度模塊負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)進(jìn)程及用戶界面的治理，并協(xié)調(diào)專家系統(tǒng)模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)模塊、參數(shù)化繪圖模塊、復(fù)合文檔治理四個(gè)模塊的動(dòng)作。專家系統(tǒng)模塊負(fù)責(zé)處理電源方案設(shè)計(jì)。

　　數(shù)據(jù)庫(kù)模塊采用Microsoft Access設(shè)計(jì)，它符合SQL標(biāo)準(zhǔn)。由條件數(shù)據(jù)庫(kù)、目標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)、元件材料庫(kù)和典型設(shè)計(jì)庫(kù)組成。條件數(shù)據(jù)庫(kù)包括對(duì)整流電源的設(shè)計(jì)要求;目標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)存放由專家系統(tǒng)推理或參數(shù)計(jì)算程序求得的結(jié)果;元件材料庫(kù)存放設(shè)計(jì)所需各種元器件及材料性能參數(shù)、價(jià)格等數(shù)據(jù);典型設(shè)計(jì)庫(kù)存放設(shè)計(jì)工程師常用的典型設(shè)計(jì)。以上數(shù)據(jù)庫(kù)均可方便地維護(hù)。

　　參數(shù)化繪圖模塊編程采用VB，把專家系統(tǒng)推理或計(jì)算的結(jié)論動(dòng)態(tài)傳遞給VB-ADS應(yīng)用程序的外部定義函數(shù)，實(shí)現(xiàn)參數(shù)化繪圖。采用VB開發(fā)AutoCAD參數(shù)化繪圖模塊，它的速度優(yōu)于Au-to LISP，開發(fā)效率優(yōu)于C++。

　　復(fù)合文檔治理模塊用于集中治理CAD設(shè)計(jì)過(guò)程中不同格式的數(shù)據(jù)文件，通過(guò)OLE應(yīng)用程序，可方便地在同一集成環(huán)境下查詢、瀏覽甚至編輯不同格式的數(shù)據(jù)文件。

　　4 主要技術(shù)實(shí)現(xiàn)

　　4.1 專家系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

　　系統(tǒng)采用面向?qū)ο蟮募夹g(shù)實(shí)現(xiàn)知識(shí)的表示，將多種單一知識(shí)表達(dá)方法：規(guī)則、框架和過(guò)程組成一種同一的知識(shí)表達(dá)模型。它以對(duì)象為中心，將對(duì)象的屬性、動(dòng)態(tài)行為特征和處理等有關(guān)知識(shí)封裝在表達(dá)對(duì)象的結(jié)構(gòu)中。具體實(shí)現(xiàn)采用框架結(jié)構(gòu)來(lái)建立同一的知識(shí)表達(dá)模型，其基本結(jié)構(gòu)由關(guān)系槽、屬性槽、方法槽與規(guī)則槽所組成。關(guān)系槽表達(dá)對(duì)象之間的靜態(tài)關(guān)系;屬性槽表達(dá)設(shè)計(jì)對(duì)象數(shù)據(jù)的靜態(tài)屬性;方法槽用來(lái)存放對(duì)象的方法;規(guī)則槽用來(lái)存放產(chǎn)生式規(guī)則集。

　　大功率整流電源的設(shè)計(jì)工作按分層模塊化的設(shè)計(jì)思想從上到下進(jìn)行分解，建立了框架類樹。主要應(yīng)用輸進(jìn)參數(shù)框架類、主整流方案框架類、冷卻系統(tǒng)框架類、保護(hù)系統(tǒng)框架類、控制系統(tǒng)框架類。由這些框架類天生初始事實(shí)文件，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)推理后得到與初始事實(shí)相應(yīng)的設(shè)計(jì)結(jié)果。

　　系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)是由一系列框架類構(gòu)成的樹形鏈的結(jié)構(gòu)，采用樹形推理鏈的控制策略來(lái)設(shè)計(jì)推理機(jī)。正向推理機(jī)由樹形推理鏈來(lái)進(jìn)行推理。設(shè)計(jì)型專家系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)、規(guī)則中嵌套著計(jì)算和過(guò)程，因此在推理過(guò)程中不僅要考慮單一的陳述性語(yǔ)句匹配，還要完成計(jì)算、賦值等過(guò)程。這種能處理多種知識(shí)的推理機(jī)，進(jìn)步了推理的靈活性。

　　4.2 專家系統(tǒng)和繪圖系統(tǒng)的鏈接

　　將專家系統(tǒng)與繪圖系統(tǒng)進(jìn)行鏈接，是為了克服傳統(tǒng)專家系統(tǒng)缺乏圖形表示的缺點(diǎn)，并滿足將設(shè)計(jì)結(jié)果用圖形表示的需求。系統(tǒng)選用支持對(duì)象鏈接與嵌進(jìn)(OLE)、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換(DDE)功能的AutoCAD作為圖形支持。

　　系統(tǒng)建立了一個(gè)OLE客戶應(yīng)用程序，把Auto-CAD的圖形結(jié)果鏈接到專家系統(tǒng)中，為專家系統(tǒng)提供了圖形庫(kù)，使用戶在專家系統(tǒng)中可以瀏覽圖形，并且可以激活OLE服務(wù)程序，用AutoCAD對(duì)圖形對(duì)象進(jìn)行編輯。

　　專家系統(tǒng)的處理結(jié)果需要送進(jìn)圖形處理系統(tǒng)繪制圖形，系統(tǒng)采用VB-ADS應(yīng)用程序建立起專家系統(tǒng)與AutoCAD之間的DDE通道，并通過(guò)它把專家系統(tǒng)的推理結(jié)論傳遞給VB-ADS應(yīng)用程序，進(jìn)行參數(shù)化繪圖。

　　4.3 資源治理型用戶界面

　　整流電源的設(shè)計(jì)流程表現(xiàn)為樹型結(jié)構(gòu)，在根層為項(xiàng)目集，了層依次為子系統(tǒng)層、子系統(tǒng)各模塊層。系統(tǒng)采用資源治理器型界面正好符合其設(shè)計(jì)特點(diǎn)。利用VB5.0提供的Tree View控件、List View控件和Image List控件完成。Tree View控件的節(jié)點(diǎn)集(Nodes)表現(xiàn)結(jié)構(gòu)的層次性，List View控件表現(xiàn)數(shù)據(jù)細(xì)節(jié)，Image List控件與Tree View控件和List View控件結(jié)合使用，為其提供圖形資源，從而節(jié)省了系統(tǒng)資源。

　　5 設(shè)計(jì)實(shí)例

　　應(yīng)用開發(fā)的CAD系統(tǒng)設(shè)計(jì)年產(chǎn)五萬(wàn)噸鋁電解工程整流機(jī)組，基礎(chǔ)原始數(shù)據(jù)及要求見表1

　　系統(tǒng)的主整流方案為：采用三相橋式同相逆并聯(lián)整流結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)由4個(gè)整流機(jī)組組成，每機(jī)組有兩臺(tái)整流柜，組成4×2×6脈波。兩臺(tái)整流柜配備一臺(tái)整流變壓器。整流柜由12個(gè)橋臂構(gòu)成，每臂并聯(lián)7只ZPX3000A/2400V整流元件。每臺(tái)整流柜由84只整流元件及84只快速熔斷器組成。主要性能指標(biāo)為：額定輸出整流電壓590V，額定輸出整流電流4×(2×31500)A，過(guò)載能力150%一分鐘，機(jī)組輸出脈波數(shù)12，系統(tǒng)輸出脈波數(shù)48，裝置額定功率損耗89.92kw/每柜，整流效率為99.51%，電流儲(chǔ)備系數(shù)為3.44，電壓儲(chǔ)備系數(shù)為3.7，穩(wěn)流精度為1%，冷卻方式采用純水強(qiáng)迫循環(huán)冷卻，柜體結(jié)構(gòu)形式為GGD型冷彎型鋼。上述設(shè)計(jì)結(jié)果達(dá)到了要求的性能指標(biāo)。

　　6 結(jié)論

　　1、在研究大功率整流電源CAD軟件時(shí)，利用有關(guān)專家知識(shí)建立專家系統(tǒng)，使CAD系統(tǒng)具有一定的智能。應(yīng)用面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)，開發(fā)出CAD系統(tǒng)，應(yīng)用該系統(tǒng)設(shè)計(jì)出了比較滿足的整流電源，說(shuō)明系統(tǒng)具有較好的實(shí)用性。

　　2、利用OLE、DDE強(qiáng)大的進(jìn)程間通訊功能，建立專家系統(tǒng)與圖形處理系統(tǒng)之間的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換應(yīng)用程序，以及其它復(fù)合技術(shù)文檔之間的熱鏈接，系統(tǒng)集成度高，輸出豐富，使用方便。

　　3、研究了大功率整流電源CAD數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，開發(fā)了資源治理樹型用戶界面，清楚描述了各組成部分的聯(lián)系，直觀地表達(dá)了CAD的設(shè)計(jì)過(guò)程，操縱界面符合工程習(xí)慣。

　　4、系統(tǒng)尚需不斷擴(kuò)充知識(shí)庫(kù)，使之具有更豐富的人類專家智能。