虚拟设计技术在无刷直流电机可视化设计中的应用研究

论文摘要

虚拟现实是一种供三维计算机显示和交互的描述工具。虚拟设计技术将虚拟现实与高度发展的CAD技术结合起来,在虚拟环境中进行产品设计。它综合运用了现代多种高新技术,对传统设计方法具有革命性的影响,目前是科技界、企业界广泛关注和研究的热点。本文把虚拟设计技术应用于无刷直流电机设计,以增强电机设计的直观性和交互性,提高设计效率,从而增强产品的竞争力。本文首先对虚拟现实建模语言(VRML)和MATLAB的虚拟现实工具箱进行了分析研究,详细阐述了虚拟原型的生成原理、方法及步骤。由于MATLAB支持VRML,把两者结合起来进行虚拟设计能够充分利用其功能和优点,简化复杂的设计过程。因此本文利用MATLAB进行数值计算,利用虚拟现实工具箱控制虚拟场景的动态仿真,利用VRML语言建立虚拟场景,并实现用户与虚拟对象的交互。由于VRML的复杂几何造型节点只能构造点、线、平面,所以本文将设计对象的空间坐标离散化,将其表面划分为若干平面,并定出各顶点坐标值。对于曲面部分采用小平面逼近的方式表示。为了生动的表现电机虚拟对象的运转状态,本文不仅研究了通过Simulink应用接口控制转子虚拟对象的转动,而且研究了在MATLAB接口中实现对电机温升的描述。通过设定温度值和颜色值的对应关系制成温度标尺,把温度值映射到颜色图中,通过游标的移动来表示电机温升状况。最后,本文在已有电机辅助设计软件的基础上设计了一个无刷直流电机可视化设计平台,并采用面向对象语言Visual Basic.NET、VRML、MATLAB和SQL Server数据库技术将其实现。并从软件的整体设计和各组成模块设计等方面说明了软件的实现方法。异于以往计算机辅助设计技术,该平台可生成能够与设计者交互的虚拟电机模型和虚拟环境,形象的显示设计对象的外形特征及运行状态。该平台的实现,使得用户能够更直观的进行无刷直流电机设计和虚拟仿真,同时也证明本文所阐述的系统开发的基本思想是可行的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 电机辅助设计软件的发展现状
• 1.2 电机辅助设计系统的概念模型和设计方法
• 1.3 虚拟设计技术研究概况
• 1.3.1 虚拟现实技术概述
• 1.3.2 机械产品虚拟设计技术
• 1.3.3 虚拟设计的研究现状
• 1.4 课题的提出和主要研究内容
• 1.4.1 课题的研究背景及意义
• 1.4.2 课题的研究目标、技术路线与实施方案
• 1.5 课题的主要研究内容
• 第二章 基本技术和实现原理
• 2.1 概述
• 2.2 虚拟现实建模语言
• 2.2.1 VRML 的结构
• 2.2.2 VRML 节点
• 2.2.3 VRML 的坐标系
• 2.3 MATLAB 虚拟现实工具箱
• 2.3.1 虚拟现实工具箱的MATLAB 函数
• 2.3.2 虚拟现实工具箱的Simulink 应用接口
• 2.4 本章小结
• 第三章 无刷直流电机可视化设计原理
• 3.1 系统的设计结构
• 3.1.1 总体设计结构
• 3.1.2 自动开槽计算
• 3.1.3 手动设计槽形尺寸
• 3.1.4 外转子结构
• 3.2 虚拟原型的生成
• 3.2.1 虚拟原型生成原理
• 3.2.2 圆形槽虚拟原型生成原理
• 3.2.3 复杂几何造型节点
• 3.2.4 定转子虚拟造型的创建
• 3.2.5 螺纹虚拟造型的创建
• 3.2.6 VRML 节点的综合使用
• 3.3 电机温升的表示
• 3.4 本章小结
• 第四章 无刷直流电机可视化设计平台的设计及体系结构
• 4.1 概述
• 4.2 设计流程
• 4.3 系统进行设计的基本公式
• 4.3.1 电枢绕组感应电势
• 4.3.2 电枢电流
• 4.3.3 电磁转矩
• 4.3.4 转速
• 4.4 无刷直流电机可视化设计平台的体系结构
• 4.5 系统的实现
• 4.5.1 VRML 文件结构
• 4.5.2 数据库设计
• 4.5.3 后台仿真模型
• 4.6 本章小结
• 第五章 系统运行实例
• 5.1 软件运行环境
• 5.2 系统运行实例
• 5.3 本章小结
• 第六章 结束语
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 附录1 温度和颜色参数对照表
• 附录2 作者在攻读硕士学位期间发表的论文