毕业论文-电动机技术发展现状、工作原理和运行维护.doc

电动机技术发展现状、工作原理和运行维护摘要: 近几十年来，随着电力电子技术、微 电子技术及现代控制理论的发展，中、小功率电动机在工农业生产及人们的日常生活中都有极其广泛的的应用。特别是在乡镇企业及家用电器中，更需要有大量的中、小功率电动机。由于这种电动机的发展及广泛的应用，它的使用、保养和维护工作也越来越重要。电动机机应用广泛，种类繁多、性能各异，分类方法也很多。本文主要介绍了电动机技术发展及现状、工作原理和电动机的运行维护。关键词 技术现状 工作原理 运行维护目录 1 摘要 12引言 33第一章 电动机分类、发展现状及未来 51.1电动机分类 51.2电动机技术发展现状 61.3电动机的未来 94第二章 电动机的工作原理 102.1 三相异步电动机的结构及工作原理 102.2 三相异步电动机的用途145第三章 电动机的运行维护 16 3.1 电动机启动前的准备 16 3.2 启动时应注意的问题 17 3.3 电动机运行中的监视 18 3.4电动机的定期检查和保养 206 结论 22引言电动机是一种实现机、电能量转换的电磁装置。常见的电动机可分为交流电动机和直流电动机。电动机是随着生产力的发展而发展的，反过来，电动机的发展也促进了社会生产力的不断提高。从19世纪末期起，电动机就逐渐代替蒸汽机作为拖动生产机械的原动机，一个多世纪以来，虽然电动机的基本结构变化不大，但是电动机的类型增加了许多，在运行性能，经济指标等方面也都有了很大的改进和提高，而且随着自动控制系统和计算机技术的发展，在一般旋转电动机的理论基础上又发展出许多种类的控制电动机，控制电动机具有高可靠性好精确度快速响应的特点，已成为电动机学科的一个独立分支。 单相电机不能理解为直流电机.交流电机分单相电动机和三相电动机.没有两相电机.一、三相异步电动机的旋转原理 三相异步电动机要旋转起来的先决条件是具有一个旋转磁场，三相异步电动机的定子绕组就是用来产生旋转磁场的。我们知道，三相电源相与相之间的电压在相位上是相差120度的，三相异步电动机定子中的三个绕组在空间方位上也互差120度，这样，当在定子绕组中通入三相电源时，定子绕组就会产生一个旋转磁场， 定子绕组产生旋转磁场后，转子导体（鼠笼条）将切割旋转磁场的磁力线而产生感应电流，转子导条中的电流又与旋转磁场相互作用产生电磁力，电磁力产生的电磁转矩驱动转子沿旋转磁场方向旋转起来。一般情况下，电动机的实际转速低于旋转磁场的转速不同步。为此我们称三相电动机为异步电动机。 二、单相交流电动机的旋转原理 单相交流电动机只有一个绕组，转子是鼠笼式的。 单相电不能产生旋转磁场.要使单相电动机能自动旋转起来，我们可在定子中加上一个起动绕组，起动绕组与主绕组在空间上相差90度，起动绕组要串接一个合适的电容，使得与主绕组的电流在相位上近似相差90度，即所谓的分相原理。这样两个在时间上相差90度的电流通入两个在空间上相差90度的绕组，将会在空间上产生（两相）旋转磁场，在这个旋转磁场作用下，转子就能自动起动，第一章 电动机分类、发展现状及未来1.1 电动机分类电动机机应用广泛，种类繁多、性能各异，分类方法也很多。1.根据电动机工作电源的不同，可分为直流电动机和交流电动机。其中交流电动机还分为单相电动机和三相电动机。 2.电动机按结构及工作原理可分为异步电动机和同步电动机。 同步电动机还可分为永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机。异步电动机可分为感应电动机和交流换向器电动机。感应电动机又分为三相异步电动机、单相异步电动机和罩极异步电动机。交流换向器电动机又分为单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机。 3.电动机按起动与运行方式可分为电容起动式电动机、电容运转式电动机、电容起动运转式电动机和分相式电动机。 按用途分类。电动机按用途可分为驱动用电动机和控制用电动机。驱动用电动机又分为电动工具用电动机、家电用电动机及其它通用小型机械设备用电动机。控制用电动机又分为步进电动机和伺服电动机等。 4.电动机按转子的结构可分为笼型感应电动机和绕线转子感应电动机。 5.电动机按运转速度可分为高速电动机、低速电动机、恒速电动机、调速电动机。1.2 电动机技术发展现状电动机是一种实现机、电能量转换的电磁装置。它是随着生产力的发展而发展的，反过来，电动机的发展也促进了社会生产力的不断提高。从19世纪末期起，电动机就逐渐代替蒸汽机作为拖动生产机械的原动机，一个多世纪以来，虽然电动机的基本结构变化不大，但是电动机的类型增加了许多，在运行性能，经济指标等方面也都有了很大的改进和提高，而且随着自动控制系统和计算机技术的发展，在一般旋转电动机的理论基础上又发展出许多种类的控制电动机，控制电动机具有高可靠性好精确度快速响应的特点，已成为电动机学科的一个独立分支。电动机的功能是将电能转换成机械能，它可以作为拖动各种生产机械的动力，是国民经济各部门应用最多的动力机械。在现代化工业生产过程中，为了实现各种生产工艺过程，需要各种各样的生产机械。拖动各种生产机械运转，可以采用气动，液压传动和电力拖动。由于电力拖动具有控制简单调节性能好耗损小经济，能实现远距离控制和自动控制等一系列优点，因此大多数生产机械都采用电力拖动。 按照电动机的种类不同，电力拖动系统分为直流电力拖动系统和交流电力拖动系统两大类。 纵观电力拖动的发展过程，交、直流两种拖动方式并存于各个生产领域。在交流电出现以前，直流电力拖动是唯一的一种电力拖动方式，19世纪末期，由于研制出了经济实用的交流电动机，致使交流电力拖动在工业中得到了广泛的应用，但随着生产技术的发展，特别是精密机械加工与冶金工业生产过程的进步，对电力拖动在起动，制动，正反转以及调速精度与范围等静态特性和动态响应方面提出了新的，更高的要求。由于交流电力拖动比直流电力拖动在技术上难以实现这些要求，所以20世纪以来，在可逆，可调速与高精度的拖动技术领域中，相当时期内几乎都是采用直流电力拖动，而交流电力拖动则主要用于恒转速系统。 虽然直流电动机具有调速性能优异这一突出特点，但是由于它具有电刷与换向器（又称整流子），使得他的故障率较高，电动机的使用环境也受到了限制（如不能在有易爆气体及尘埃多的场合使用），其电压等级，额定转速，单机容量的发展也受到了限制。所以，在20世纪60年代以后，随着电力电子技术的发展，半导体交流技术的交流技术的交流调速系统得以实现。尤其是70年代以来，大规模集成电路和计算机控制技术的发展，为交流电力拖动的广泛应用创造了有利条件。诸如交流电动机的串级调速，各种类型的变频调速，无换向器电动机调速等，使得交流电力拖动逐步具备了调速范围宽，稳态精度高，动态响应快以及在四象限做可逆运行等良好的技术性能，在调速性能方面完全可与直流电力拖动媲美。除此之外，由于交流电力拖动具有调速性能优良，维修费用低等优点，将广泛应用于各个工业电气自动化领域中，并逐步取代直流电力拖动而成为电力拖动的主流。1.3 电动机的未来经历了100多年的技术发展，电动机自身的理论基本成熟。随着电工技术的发展，对电能的转换、控制以及高效使用的要求越来越高。电磁材料的性能不断提高，电工电子技术的广泛应用，为电动机的发展注入了新的活力。 未来电动机将会沿着体积更小、机电能量转换效率更高、控制更灵活的方向继续发展。第二章 电动机的工作原理2.1 三相异步电动机的结构及工作原理目前较常用的主要是交流电动机，它可分为三相异步电动机和单相交流电动机两种。第一种多用在工业上，而第二种多用在民用电器上。下面以三相异步电动机为例介绍电动机的工作原理。2.1.1 三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构主要由两个部分组成，一是固定不动的部分（简称定子），二是可以自由旋转的部分（简称转子）。定子与转子之间有一个很小的气隙。此外，还有机座、端盖轴承、接线盒、风扇等其他部分。异步电动机根据转子的绕组的结构不同，可分为鼠笼式和绕线式两种。鼠笼式异步电动机的转子绕组本身自成闭合回路，整个转子形成一个坚实的整体，其结构简单牢固、运行可靠、价格便宜，应用最为广泛，小型异步电动机绝大部分属于这类。绕线式异步电动机的结构比鼠笼式复杂，但启动性能较好，需要时还可以调节电动机的转速。三相鼠笼式异步电动机的结构。1.定子定子是用来产生旋转磁场的，主要由定子铁心、定子绕组和机座等部分组成。鼠笼式和绕线式异步电动机的定子结构是完全一样的。2.转子转子是异步电动机的转动部分，它在定子绕组旋转磁场的作用下获得一定的转矩而旋转，通过联轴器或皮带轮带动其他机械设备做功。转子由转子铁心、转子绕组和转轴等部分组成。 3.机座机座是电动机的外壳和支架，它的作用是固定和保护定子铁心、定子绕组并支撑端盖，所以要求机座具有足够的机械强度和刚度，能承受运输和运行过程中的各种作用力。中、小型异步电动机通常采用铸铁机座，定子铁心紧贴在机座的内壁，电动机运行时铁心和绕组产生的热量主要通过机座表面散发到空气中去，因此，为了增加散热面积，在机座表面装有散热片。对大型异步电动机，一般采用钢板焊接机座，此时为了满足通风散热的要求，机座内表面与铁心隔开适当距离，以形成空腔，作为冷却空气的通道。 对称三相交流电流通入对称三相绕组时，便产生一个旋转磁场。下面选取各相电流出现最大值的几个瞬间进行分析。当 =0时，U相电流达到正最大值，电流从首端U1流入，用 表示，从末端U2流出，用表示；V相和W相电流均为负，因此电流均从绕组的末端流入，首端流出，故末端V2和W2应填上 ，首端V1和W1应填上，合成磁场的轴线正好位于U相绕组的轴线上。当 =120时，V相电流为正的最大值，因此V相电流从首端V1流入，用 表示，从末端V2流出，用表示。U相和W相电流均为负,则U1和W1端为流出电流，用表示，而U2和W2为流入电流，用表示，此时合成磁场的轴线正好位于V相绕组的轴线上，磁场方向已从 =0时的位置沿逆时针方向旋转了120。当 =240和 =360时，合成磁场的位置。当 =360时，合成磁场的轴线正好位于U相绕组的轴线上，磁场方向从起始位置逆时针方向旋转了360，即电流变化一个周期，合成磁场旋转一周。由此可见，对称三相交流电流通入对称三相绕组所形成的磁场是一个旋转磁场。旋转的方向从UVW，正好和电流出现正的最大值顺序相同，即由电流超前相转向电流滞后相。如果三相绕组通入负序电流，则电流出现正的最大值的顺序是UWV。通过图解法分析可知，旋转磁场的旋转方向也为UWV。综上分析可知，三相异步电动机转动的基本工作原则是：(1)三相对称绕组中通入三相对称电流产生圆形旋转磁场，其转速为异步转速（ 1）且1= 式中： 为电源频率，单位为Hz； 为电机极对数。 (2)转子导体切割旋转磁场产生感应电动势和电流。 (3)转子载流导体在磁场中受到电磁力的作用，从而形成电磁转矩，驱使电动机转子转动，其转速（ ）小于同步转速（ 1）。异步电动机的转速不可能达到定子旋转磁场的转速，即同步转速，因为如果到达同步转速，则转子导体与旋转磁场之间没有相对运动，随之在转子导体中不能感应出电势和电流，也就不能产生推动转子的电磁力。因此，异步电动机的转速总是低于同步转速，即两种转速之间总是存在差异，异步电动机因此而得名。又因为异步电动机转子电流是通过电磁感应作用产生的，所以又称为感应电动机。（4）异步电动机的旋转方向始终与旋转磁场的旋转方向一致，而旋转磁场的方向又取决于异步电动机的三相电流相序，因此，三相异步电动机的转向与电流的相序一致。要改变转向，只要改变电流的相序即可，即任意对调电动机的两根电源线，便可使电动机反转。2.2异步电机的用途2.3三相异步电动机的结构1.定子结构： 交流电机（包括异步机和同步机）其定子结构相同。 *定子铁芯：是磁路的一部分 用0.5mm硅钢片迭成， 且片间绝缘 *定子绕组：绝缘漆包线制成， 用于通三相交流电源 定子铁芯槽内嵌放三相绕组： 2.转子结构 *转子铁芯：用0.5mm硅钢片迭成，且片间绝缘。工作原理示意图第三章 电动机的运行维护3.1 电动机启动前的准备为了保证电动机正常安全地启动，一般启动前应作好下述准备：（1） 检查电源是否有电，电压是否正常，若电源电压过高或过低，都不宜启动。（2） 启动器是否正常，如零部件有无损坏，使用是否灵活，触头接触是否良好，接线是否正确、牢固等。（3） 熔丝规格大小是否合适，安装是否牢固，有无熔断或损伤。 （4） 电动机接线板上接头有无松动或氧化。 （5） 检查传动装置，如皮带轻紧是否合适，连接是否牢固，联轴器的螺丝、销子是否紧固等。 （6） 传动电动机转子和负载机械的转轴，看其转动是否灵活。 （7） 检查电动机及启动电器外壳是否接地，接地线有无断路，接地螺丝是否松动、脱落等。 （8） 搬开电动机周围的杂物并清除机座表面灰尘、油垢等。 （9） 检查负载机械是否妥善地作好了启动准备。 （10）对正常运行中的绕线式电动机，应经常观察电动机滑环有无偏心摆动现象；观察滑环的火花是否发生异常现象。滑环上碳刷是否要更换。3.2 启动时应注意的问题（1） 接通电源后，如果电动机不转，应立即切断电源，绝不能迟疑等待，更不能带电检查电动机发故障，否则将会烧毁电动机和发生危险。 （2） 启动时应注意观察电动机、传动装置、负载机械的工作情况，以及线路上的电流表和电压表的指示，若有异常现象，应立即断电检查，待故障排除后，载行启动。 （3） 利用手动补偿器或手动星三角启动器启动电动机时，特别要注意操作顺序。一定要先将手柄推到启动位置，待电动机转速稳定后再拉到运转位置，防止误操作造成设备和人身事故。（4） 同一线路上的电动机不应同时启动，一般应由大到小逐台启动以免多太电动机同时启动，线路上电流太大。电压降低过多，造成电动机启动困难引起线路故障或使开关设备跳闸。 （5） 启动时，若电动机的旋转方向反了，应立即切断电源，将三相电源线中的任意两相互换一下位置，即可改变电动机转向。3.3 电动机运行中的监视电动机在运行时，值班工作人员可以通过仪表和感觉器官监视其运行情况，以便及早发现问题，减少或避免故障的发生。3.3.1 监视电动机的温度 电动机正常运行时会发热，使电动机温度升高，但不应超出允许的限度。如果电动机负载过大，使用环境温度过高，通风不畅或运行中发生故障，就会使其温度超出允许限度，导致绕组 过热烧毁，因此电动机温度的高低是反映电动机运行的主要标志，在运行中经常检查。判断电动机是否过热，可以用以下方法： （1） 凭手的感觉：如果以手接触外壳，没有烫手的感觉，说明电动机温度正常；如果手放上去烫得马上缩回来，说明电动机已经过热。 （2） 在电动机外壳上滴2-3滴水，如果只冒热气没有声音，则说明电动机没有过热，如果水滴急剧汽化同时伴有咝咝声，说明电动机已经过热。 （3） 判别电动机是否过热的准确方法还是用温度计测量。 发现电动机过热应该立即停车检查，等查明原因，排除故障后再行使用。 3.3.2 监视电动机的电流一般容量较大的电动机应装设电流表，随时对其电流进行监视。若电流大小或三相电流不平衡超过了允许值。应立即停车检查。容量较小的电动机一般不装电流表，但也经常用钳形表测量。 3.3.3 监视电动机的电压 电动机的电源上最好装设一只电压表和转换开关，以便对其三相电源、压进行监视。电动机的电源电压过高、过低或三相电压不平衡，特别是三相电源缺相，都会带来不良后果。如发现这种情况应立即停车，待查明原因，排除故障后再使用。 3.3.4 注意电动机的振动、响声和气味 电动机正常运行时，应平稳、轻快、无异常气味和响声。若发生剧烈振动，噪音和焦臭气味，应停车进行检查修理。 3.3.5 注意传动装置的检查 电动机运行时要随时注意查看皮带轮或联轴器有无松动，传动皮带是否有过紧、过松的现象等，如果有，应停车上紧或进行调整。 3.3.6 注意轴承的工作情况 电动机运行中应注意轴承声响和发热情况。若轴承声音不正常或过热，应检查润滑情况是否良好和有无磨损。 3.3.7 注意交流电动机的滑环或直流电动机的换向器火花 电动机运行中，电刷与换向器或滑环之间难免出现火花。如果所发生的火花大于某一规定限度，尤其是出现放电性的红色电弧火花时，将产生破坏作用，必须及时加以纠正。3.4电动机的定期检查和保养为了保证电动机正常工作，除了按操作规程正确使用，运行过程中注意监视和维护外还应进行定期检查和保养。间隔时间可根据电动机的类型、使用环境决定。主要检查和保养项目如下910： （1） 及时清除电动机机座外部的灰尘、油泥，如使用环境灰尘较多，最好每天清扫一次。 （2） 经常检查接线板螺丝是否松动或烧伤。 （3） 定期测量电动机的绝缘电阻，若使用环境比较潮湿更应经常测量。 （4） 定期用煤油清洗轴承并更换新油（一般半年更换一次），换油时不应上满，一般占油腔的1/21/3，否则，容易发热或甩出，油要从一面加人，可以把没有清洗干净的杂质，从另一面挤出来。 （5） 定期检查启动设备，看触头和接线有无烧伤，氧化，接触是否良好等。 （6） 绝缘情况的检查。绝缘材料的绝缘能力因干燥程度不同而异，所以保持电动机绕组的干燥是非常重要的。电动机工作环境潮湿、工作间有腐蚀性气体等因素的存在，都会破坏电动机的绝缘。最常见的是绕组接地故障即绝缘损坏，使带电部分与机壳等不应带电的金属部分相碰，发生这种故障，不仅影响电动机正常工作。还会危及人身安全。所以电动机在使用中，应经常检查绝缘电阻，还要注意查看电动机机壳接地是否可靠。 （7） 除了按上述几项内容对电动机定期维护外，运行一年后要大修一次。大修的目的在于，对电动机进行一次彻底、全面的检查、维护，增补电动机缺少、磨损的元件，彻底清除电动机内外的灰尘、污物，检查绝缘情况，清洗轴承并检查其磨损情况。参考文献1电动机的使用与维修2电动机原理与实用技术结论电动机从发展至今，一代代的产品的问世，都是围绕着基本的工作原理而开发的，如何去运行和维护电动机是我们目前主要工作的重中之重。电动机在我国的经济建设中担当着重要的角色，随着我国加入WTO后，我国电动机行业所面临的国际社会的巨大竞争压力和挑战日益加剧。从节约能源，保护环境出发，高效率电动机是目前国际发展的趋势。这样看来，推广中国的高效率电动机是非常有必要的。东北农业大学机械优化设计结业论文 姓名：翟嘉诚学号：A07110068班级：机械1207 摘 要：机械优化设计是一门综合性的学科，非常有发力的研究方向，是解决复杂设计问题的一种有效工具。本文重点介绍机械优化设计方法的同时，对其优化方法、数学模型及优化应用进行了总结，并分析了优化方法的最新研究进展。 关键词：机械优化设计；优化方法；数学模型；优化应用。Abstract: Mechanical optimization design is a comprehensive discipline, is a lot of hairResearch direction of the force, is an effective tool to solve the problem of complex design. This article focuses on the mechanical optimization design method at the same time, the optimization method, the mathematical model and optimization application are summarized, and analyzed the optimization method of the latest research progress.Key words: Mechanical optimization design; Optimization method; Mathematical model; To optimize the application一、械优化设计的基本理论 优化设计是20世纪60年代随计算机技术发展起来的一门新学科，是构成和推进现代设计方法产生与发展的重要内容。机械优化设计是综合性和实用性都很强的理论和技术，为机械设计提供了一种可靠、高效的科学设计方法，使设计者由被动地分析、校核进入主动设计，能节约原材料，降低成本，缩短设计周期，提高设计效率和水平，提升企业竞争力、经济效益与社会效益。国内外相关学者和科研人员对优化设计理论方法及其应用研究十分重视，并开展了大量工作，其基本理论和求解手段已逐渐成熟。国内优化设计起步较晚，但在众多学者和科研人员的不懈努力下，机械优化设计发展迅猛，在理论上和工程应用中都取得了很大进步和丰硕成果，但与国外先进优化技术相比还存在一定差距，在实际工程中发挥效益的优化设计方案或设计结果所占比例不大。计算机等辅助设备性能的提高、科技与市场的双重驱动，使得优化技术在机械设计和制造中的应用得到了长足发展，遗传算法、神经网络、粒子群法等智能优化方法也在优化设计中得到了成功应用。二、机械优化设计数学模型建立方法（1）、目标函数的建立 目标函数是以设计变量表示设计所要追求的某种性能指标的解析表达式，目标函数的构造与选择，关系到优化结果的实用性，从不同角度出发或根据设计对象和要求的不同，可能条件中筛选出最合理的标准作为目标函数，一般没有量化的原则和规律可以遵循，但根据以往机械优化设计的许多案例作参考。（2）、约束条件的确定 产品的设计过程通常对设计变量有各种限制，这些限制用函数的形式反映在模型中，就称为设计变量的约束条件，或简称为设计约束。在机械设计领域，设计的限制是多种多样的，但一般都归属于两大类，第一类称为性态约束，是预测可能被破坏或失效的特征，性态约束具体表现为设计对象的某项性能指标，因而一般性态约束也可以当作目标函数来处理。从计算角度上讲，性态约束的检验相对容易处理，因此可利用目标函数和设计约束相互置换的特点，根据具体问题的具体要求，更加灵活地处理和利用。第二类称为边界约束，用来规定设计变量的取值范围。不论是哪一类的约束条件，为了能定量处理，都必须是连，还可同时使用一个排烟道。随着人们生活水平不断提高，电冰箱已不再做为奢侈品放在起居厅，微波炉、电烤箱等厨房电气产品不断 增多，若将厨房使用面积增加2.ore左右，使用功能却会大大提高，这样的厨房一定会身受广大住户的喜爱。（3）、数学模型的尺度变换 数学模型的尺度变换就是通过放大和缩小某些坐标的比例尺，从而改善数学模型的性态使之易于求解的技巧，多数情况下，数学模型经过尺度变化后，可以加速优化计算的收敛，提高计算过程的稳定性，（4）、数据表和线图资料的使用 在机械优化设计中，经常需要使用以数据表、线图等形式给出的设计数据，不同的数据来源其特点也有所；（5）、优化结果的分析与处理 优化设计方法和其它的设计方法一样，是一种解决复杂问题的工具，而不是解决问题的原则。在优化设计中，建立正确的数学模型和选用适当的优化方法固然是取得正确设计结果的先决条件，但绝非充要条件。由于工程问题的复杂性，在优化求解后，还必须依据初始数据、中间结果和最终结果进行认真对比、分析，以查明优化计算过程是否正常和最终结果是否具有合理性和可行性。目标函数的最优值是对计算结果分析的重要依据。将它与原始方案的目标函数值作比较，可以看出优化设计比原设计方案改进的效果。若多给几个不同的初始点进行计算，从其结果可大致看出全局最优解。利用目标函数值的几组中间输出数据作曲线或列表，可查看其最优化过程进行的是否正常。对于大多数机械优化设计问题，最优解往往位于一个或几个不等式约束条件的约束界面上，其约束函数值应等于或接近于零。若约束函数值全部不接近于零。即其所有的约束条件都不起作用，这时必须进一步研究所给约束条件对该设计问题是否完善、所取得的最优解是否正确。如有错误，可尝试改变初始点甚至重新选择优化方法重新进行计算。在机械优化设计的实际应用中，其最后的分析与处理，常常是不容忽视的，特别是对设计变量的敏感度分析对进一步提高工程优化设计的质量很有意义。 总之，在进行机械优化设计时，建立模型一定要根据实际情况而建立，考虑周全实际影响因素，将每个因素考虑在内而建立模型，然后利用误差更小化的计算方法来求解，越接近实际情况优化就越合理，最终实现误差为零的优化设计方案。三、优化设计方法的选择 优化设计方法是机械优化设计的灵魂,随着数学科学和计算机技术的飞速发展,优化方法的发展经历了解析法、数值分析法和非数值分析法3个阶段。20世纪50年代以前,古典的微分法和变分法是解决最优化问题的最主要的两种数学方法。这两种方法具有概念清晰和计算精确的特点,但只限于解决小型或特殊的问题,在处理大多数实际问题时,由于计算量很大,计算难度也增加很多。20世纪50年代末,数学规划方法成为了优化设计中求优方法的理论基础。这种方法建立在数值分析的基础之上,利用已知的信息和条件,通过一系列迭代过程求得问题的最优解。它的相关理论并不复杂,计算过程也很简单,但计算量非常大,而这正是计算机所擅长的工作,因此计算机成了解决数值优化方法的重要工具。在这个时期涌现出了很多其他的优化算法,其中比较常用、效果较好的优化算法有简约梯度法、复合形法、约束变尺度法、罚函数法、随机方向法、可行方向法等。20世纪80年代后,一些新颖的优化方法逐渐出现,如模拟退火、混沌、进化规划、遗传算法、人工神经网络、禁忌搜索等,这些算法通过模拟自然现象或者自然规律得出一些结论,逐渐形成了其具有鲜明特色的优化方法,其内容涉及生物学、神经学、物理学、数学、人工智能、统计力学等。在优化设计中,对于同一优化问题往往可以有不同的优化方法。有的优化方法效果较好,有的则较差,甚至会导致错误的结果。因此,根据优化设计问题的特点(如约束条件),选取适当的优化方法是非常关键的。以下列举了4个选择优化方法的基本原则:(1)效率要高。所谓效率要高就是所采用的优化算法所用的计算时间或计算函数的次数要尽可能地少。 (2)可靠性要高。可靠性要高是指在一定的精度要求下,在一定迭代次数内或一定计算时间内,求解优化问题的成功率要尽可能地高。 (3)采用成熟的计算程序。解题过程中要尽可能采用现有的成熟的计算程序,以使解题简便并且不容易出错。 (4)稳定性要好。稳定性好是指对于高度非线性偏心率大的函数不会因计算机字长截断误差迭代过程正常运行而中断计算过程。 除了上述4个基本原则外,选择恰当的优化方法还需要个人的经验,这样可以运用一些技巧,简便解题程序和步骤。这些经验包括对各种常用优化算法的特点要非常清楚,比如它们的计算精度、收敛性、稳定性等等,这样才能互相比较,从中找到一个最合适的算法出来。此外,还需深入分析优化模型的约束条件、约束函数