前言
本书既可作为本科高年级或研究生一年级的教材,也可为工程技术人员提供参考。本书的写作目标有三:一是为电磁装置的半自动化设计提供系统的多目标优化设计方法;二是讨论这些电磁装置优化设计所必需的分析方法,包括磁场分析、等效磁路分析、铁耗、热分析和集肤效应等;三是介绍电磁装置,如电感、电磁铁、变压器和电机等方面的基础知识。作者并非要写一本包括所有电磁装置设计方法的参考书,而是希望读者读后能将本书的方法用于他们感兴趣的电磁装置的优化设计。

从教育学的角度讲,本书编排方式能使读者尽快熟悉设计过程。先全面介绍各电磁装置的相关知识、再讨论其设计问题也许是一种更高效的方法,但对那些急于进行工程设计的读者来说并不总是令人满意的。因此,本书将原理知识与设计问题交替地进行讨论。

第1章介绍了基于遗传算法的多目标优化方法,虽没有对优化问题进行全面讨论,但的确为多目标优化设计的实施提供了充足的背景知识。第2章讲述了本书广泛使用的磁路分析方法。在第1、2章内容的基础上,第3章开始介绍设计问题,讨论了电感的优化设计。第4章讨论了电磁力和电磁转矩的计算方法,并在第5章中将其用于电磁铁设计。第6章介绍了铁耗计算方法,在第7章将其用于变压器设计。这种分析和设计交替进行的方式一直延续到第8章和第9章的旋转电机设计问题。本书最后两章是对前面内容的补充,第10章讨论了电磁装置的热分析方法,第11章讨论了趋肤效应和邻近效应。

本书的内容超出了一学期课程的容量,因此作者建议将1~6章作为基本内容,剩下的章节可由教师或读者根据情况取舍,当然第8章是第9章的重要基础。

本书的第8、9两章是根据《AnalysisofElectricMachineryandDriveSystems,3rdedition》(作者是PaulKrause,OlegWasynczuk,ScottDSudhoff和StevePekarek)的第2章和第15章为基础完成的,该书也由IEEE/Wiley出版。

本书中的MATLAB源代码由ScottDSudhoff的《MATLABCodesforPowerMagneticDevices:AMulti-ObjectiveDesignApproach》(在线) 给出,可在http: //booksupportwileycom上获得。这些代码包括遗传优化系统工程工具箱、等效磁路工具箱、等效热路工具箱,以及本书中所有的设计算例。这将大大减小那些用本书进行教学或实际应用的读者的工作量。本书还可提供部分带注释的幻灯片。

在本书中,标量用斜体表示(例如x),矢量和矩阵用粗的黑斜体表示(例如x)。所有函数都用斜体、非粗体表示(例如x(θ))。在迭代方法中,方括号与迭代次数有关。

本书作者要特别感谢下面各位。首先,感谢我的父母。他们给了我时间、支持、包容,让我追求自己的理想。在高中,我幸运地遇到了许多优秀的老师。我特别感激ThomasitaHayes修女。在大学阶段,我也有幸得到了良师的指导,特别是StanislawZak在控制和优化方面给以我的指导,FredMowle教会我如何编程,而PaulKrause教我电机学。Paul后来成为我在普渡大学的导师,在我和其他学生眼里,他有时是淘气的小哥哥,有时是严肃的祖父。我在密苏里大学罗拉分校(现在的密苏里科技大学) 开始我的事业。在这里,我有幸结识许多良师益友,包括KeithStanek,MaxAnderson,MariesaCrow,以及JimDrewniak。

我还要感谢许多我现在和过去的学生、博士后以及研究人员,他们直接或间接地对本书做出了贡献,包括BenjaminLoop,ChunkiKwon,Jim Cale,AaronCramer, Brandon Cassimere, BrantCassimere, Chuck Sullivan, Ricky Chan,ShengyuWang,YonggonLee,CahyaHarianto,JacobKrizan,GrantShane,OmarLaldin,AhmedTaher, JamalAlsawhali, HarishSuryanarayana, JonathanCrider,JamalAlsawalhi,GrantShane,JonathanCrider,AhmedTaher,RuiyangLin,DavidLoder,AndrewKasha,他们为本书的有限元分析和实验数据的获得做了大量工作。最后,我还要感谢JulieSudhoff,JamalAlsawalhi,RachelGrossman,DavidLoder,以及AndrewKasha,他们阅读了初稿并给出宝贵意见。我还要特别感谢DionysiosAliprantis,他激发了我对遗传算法的兴趣。

许多美国政府机构给本书内容的研究工作给予了支持,包括陆军、海军、美国国家航空航天局。美国海军研究办公室一直为我的研究工作提供长期稳定的支持,直接和间接地对本书做出了贡献,没有这些支持,本书是不可能完成的。格兰杰基金会的支持对我在普渡大学的研究工作也非常重要。

最后,我要感谢普渡大学的同事。任何部门中,最关键的是与你共事的人。

在这方面,我在普渡大学的同事PaulKrause,OlegWasynczuk,StevePekarek,Chee-MunOng,DionysiosAliprantis,MaryamSaaedifard,以及RaguBalakrishnan组成了一个很好的团队。我也有幸在其他机构结识了很好的朋友,特别是Paula和EdZivi。

ScottDSudhoff


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