Abstract：This paper presents an intelligent method for designing power rectifer. In view of design characteristics of power rectifer, the technologies of expert system and database are used to develop the intelligent CAD software packgage. So the automatic intelligence design is realized in power rectifier field.

Keyword：CAD rectifer expert system

1 　前言

隨著有色、冶金、化工等行業的迅速發展，對大功率整流電源的需求日益增多。由于運行條件不同，使整流電源的設計呈現多樣化。傳統的計算機輔助設計只能替換結構設計等工作，而對系統的分析計算、參數優化、控制仿真、模擬等關鍵指標無能為力。計算機智能設計方法(ICAD)的出現為設計方法的變革提供了機遇。ICAD的提出由來已久，并在機械、電子、建筑等領域中廣為應用[1]，但在整流電源設計領域中尚屬空缺。本文應用ICAD方法處理參數計算、性能分析、設計評價等智能設計任務，開發出了具有一定智能的實用系統。

智能CAD系統，基于中文windows 平臺，采用面向對象的程序設計方法，利用功能強大的VB、Visual C++ 編程。應用程序界面采用資源治理樹型界面，操縱直觀，方便簡單。

2 大功率整流電源設計流程

大功率整流電源通常電流高達數十千安培，為高能耗設備，一般均要求電源效率高，電流紋波小，運行可靠，其設計流程如圖1所示。

首先輸進設計要求的原始數據，如負載參數、電網指標參數、工作環境條件、冷卻方式、結構尺寸限制、進出線位置、可靠性要求等;然后根據這些條件進行主整流方案設計，包括整流結構型式的選擇、整流機組配置方案的確定、穩流控制系統方案的確定、主元件選擇、冷卻方式的選用、裝置結構的選擇等。在此段設計過程中，需要參考大量的設計規程、設計經驗，需要做很多分析、判定。上述方案設計采用專家系統技術十分恰當;其后再進行電氣設計，包括整流電路主參數計算、控制系統設計、保護系統設計等;機械設計包括發熱計算、結構設計、冷卻系統設計等;系統性能指標分析仿真對整流電源的靜、動態特性等進行分析。后三個模塊的工作以數值計算為主，所以開發程序采用一般算法語言比較合適。最后階段是設計結果的輸出，包括電路原理圖、裝置結構圖、設計計算書、設備明細表、系統報價、性能曲線等的輸出。

大功率整流電源設計流程

3 智能設計系統的結構

整流電源智能CAD系統的設計體現了系統集成思想。利用Windows進程間通訊(IPC)功能，將專家系統與機械CAD、電子CAD、CAE及其它系統和技術文檔有機地結合在一起。系統結構見圖2。

其中調度模塊負責設計進程及用戶界面的治理，并協調專家系統模塊、數據庫模塊、參數化繪圖模塊、復合文檔治理四個模塊的動作。專家系統模塊負責處理電源方案設計。

數據庫模塊采用Microsoft Access設計，它符合SQL標準。由條件數據庫、目標數據庫、元件材料庫和典型設計庫組成。條件數據庫包括對整流電源的設計要求;目標數據庫存放由專家系統推理或參數計算程序求得的結果;元件材料庫存放設計所需各種元器件及材料性能參數、價格等數據;典型設計庫存放設計工程師常用的典型設計。以上數據庫均可方便地維護。

參數化繪圖模塊編程采用VB，把專家系統推理或計算的結論動態傳遞給VB-ADS應用程序的外部定義函數，實現參數化繪圖。采用VB開發AutoCAD參數化繪圖模塊，它的速度優于Au-to LISP，開發效率優于C++。

復合文檔治理模塊用于集中治理CAD設計過程中不同格式的數據文件，通過OLE應用程序，可方便地在同一集成環境下查詢、瀏覽甚至編輯不同格式的數據文件。

4 主要技術實現

4.1 專家系統的實現

系統采用面向對象的技術實現知識的表示，將多種單一知識表達方法：規則、框架和過程組成一種同一的知識表達模型。它以對象為中心，將對象的屬性、動態行為特征和處理等有關知識封裝在表達對象的結構中。具體實現采用框架結構來建立同一的知識表達模型，其基本結構由關系槽、屬性槽、方法槽與規則槽所組成。關系槽表達對象之間的靜態關系;屬性槽表達設計對象數據的靜態屬性;方法槽用來存放對象的方法;規則槽用來存放產生式規則集。

大功率整流電源的設計工作按分層模塊化的設計思想從上到下進行分解，建立了框架類樹。主要應用輸進參數框架類、主整流方案框架類、冷卻系統框架類、保護系統框架類、控制系統框架類。由這些框架類天生初始事實文件，經過系統推理后得到與初始事實相應的設計結果。

系統的知識庫是由一系列框架類構成的樹形鏈的結構，采用樹形推理鏈的控制策略來設計推理機。正向推理機由樹形推理鏈來進行推理。設計型專家系統的知識庫、規則中嵌套著計算和過程，因此在推理過程中不僅要考慮單一的陳述性語句匹配，還要完成計算、賦值等過程。這種能處理多種知識的推理機，進步了推理的靈活性。

4.2 專家系統和繪圖系統的鏈接

將專家系統與繪圖系統進行鏈接，是為了克服傳統專家系統缺乏圖形表示的缺點，并滿足將設計結果用圖形表示的需求。系統選用支持對象鏈接與嵌進(OLE)、動態數據交換(DDE)功能的AutoCAD作為圖形支持。

系統建立了一個OLE客戶應用程序，把Auto-CAD的圖形結果鏈接到專家系統中，為專家系統提供了圖形庫，使用戶在專家系統中可以瀏覽圖形，并且可以激活OLE服務程序，用AutoCAD對圖形對象進行編輯。

專家系統的處理結果需要送進圖形處理系統繪制圖形，系統采用VB-ADS應用程序建立起專家系統與AutoCAD之間的DDE通道，并通過它把專家系統的推理結論傳遞給VB-ADS應用程序，進行參數化繪圖。

4.3 資源治理型用戶界面

整流電源的設計流程表現為樹型結構，在根層為項目集，了層依次為子系統層、子系統各模塊層。系統采用資源治理器型界面正好符合其設計特點。利用VB5.0提供的Tree View控件、List View控件和Image List控件完成。Tree View控件的節點集(Nodes)表現結構的層次性，List View控件表現數據細節，Image List控件與Tree View控件和List View控件結合使用，為其提供圖形資源，從而節省了系統資源。

5 設計實例

應用開發的CAD系統設計年產五萬噸鋁電解工程整流機組，基礎原始數據及要求見表1

系統的主整流方案為：采用三相橋式同相逆并聯整流結構，系統由4個整流機組組成，每機組有兩臺整流柜，組成4×2×6脈波。兩臺整流柜配備一臺整流變壓器。整流柜由12個橋臂構成，每臂并聯7只ZPX3000A/2400V整流元件。每臺整流柜由84只整流元件及84只快速熔斷器組成。主要性能指標為：額定輸出整流電壓590V，額定輸出整流電流4×(2×31500)A，過載能力150%一分鐘，機組輸出脈波數12，系統輸出脈波數48，裝置額定功率損耗89.92kw/每柜，整流效率為99.51%，電流儲備系數為3.44，電壓儲備系數為3.7，穩流精度為1%，冷卻方式采用純水強迫循環冷卻，柜體結構形式為GGD型冷彎型鋼。上述設計結果達到了要求的性能指標。

6 結論

1、在研究大功率整流電源CAD軟件時，利用有關專家知識建立專家系統，使CAD系統具有一定的智能。應用面向對象的編程技術，開發出CAD系統，應用該系統設計出了比較滿足的整流電源，說明系統具有較好的實用性。

2、利用OLE、DDE強大的進程間通訊功能，建立專家系統與圖形處理系統之間的動態數據交換應用程序，以及其它復合技術文檔之間的熱鏈接，系統集成度高，輸出豐富，使用方便。

3、研究了大功率整流電源CAD數據結構特點，開發了資源治理樹型用戶界面，清楚描述了各組成部分的聯系，直觀地表達了CAD的設計過程，操縱界面符合工程習慣。

4、系統尚需不斷擴充知識庫，使之具有更豐富的人類專家智能。

參考文獻

1 Nbolunt G, Clarke S. Artifical Intelligent and Design Au-tomation System. Journal of Engineering Design, 1994，5(4)：299～314.