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CAD 技术在电气工程及其自动化专业中的应用

CAD 技术在电气工程及其自动化专业中的应用

CAD 即 计 算 机 辅 助 设 计 (Computer Aided Design)。 CAD 技术是将计算机高速而精确的计算能力, 大容量存储和处 理数据的能力与设计者的综合分析、 逻辑判断以及创造性思维结合起 来,用以加快设计进程、缩短设计周期、提高设计质量的技术。20 世纪 80 年代,随着微机技术的不断发展,出现了许多成熟的 CAD 软件,其中,应用于电气工程及其自动化专业毕 中 的 CAD 软 件 有:AutoCAD、Protel、Matlab 等。 CAD 技术应用于毕业设计中, 将 其意义在于: 激发学生对毕业设计的兴趣; 有利学生创新思维的培养, 提高学生分析和解决实际问题以及理论联系实际的能力; 锻炼学生在 工程设计中应用 CAD 技术的能力, 为将来走上工作岗位打下坚实的 基础;提高学生毕业设计成品质量。 一、AutoCAD 在毕业设计中的应用 1.AutoCAD 简介 AutoCAD 是当今最流行的二维绘图软件,世界第四大 PC 软件公司 Autodesk 公司的主导产品。AutoCAD 有强大的二维绘图功能,如绘 图、编辑、剖面线和图案绘制、尺寸标注等功能,同时具有三 维 绘图功能。 利用 AutoCAD 提 供的 AutoLISP、ADS、ARX 作为 二次开发的工具, 还可以在许多实际应用领域开发出许多符合实际应 用的软件。目前,Autodesk 公司最新发布的版本是 AutoCAD2008。 2.AutoCAD 在中的应用

AutoCAD 在电气领域内的设计主要包括: (1)机械及汽车电气设计。如零件图、装配图、电气原理图、 KE-Jetronic 电路图、发动机点火装置电路图的绘制。 (2)变电工程图设计。如变电工程图、电气主接线图、变电所断面 图、高压开关柜外观图的绘制。 (3)输电工程图设计。如架空线路图、电缆线路工程图的绘制 (4)电子线路图的设计。如数字电路、模拟电路及电力电子电路的 绘制。 (5)工厂电气控制图的设计。如工厂低压系统图、电动机控制图、 车间接地线路图、工厂智能系统配线图的绘制。 (6)通信工程图的设计。如移动通信系统图、数字交换机系统结构 图、无线寻呼系统图的绘制。 (7)建筑电气平面图设计。如办公楼配电平面图、屋顶防雷接地平 面图的绘制等。 二、Protel 在毕业设计中的应用 1.Protel 软件简介 随着计算机的逐渐普及, EDA 电路设计自动化软件在电路行业的应用 越来越广泛, 国内最为常用的 EDA 软件是 Protel 和 ORCAD。 Protel 是 Protel 公司在 20 世纪 80 年代末推出的电路行业的 CAD 软 件,是电路设计者的首选软件。2005 年底,Protel 软件的原厂商 Altium 公司推出了 Protel 系列的最新高端版本 Altium Designer 6.0。Altium Designer 是业界首例将设计流程、集成化 PCB 设计、

可编程器件设计和基于处理器设计的嵌入式软件开发功能整合在一 起的产品,一种同时进行 PCB 和 FPGA 设计以及嵌入式设计的解决 方案,具有将设计方案从概念转变为最终成品所需的全部功能。 2.Protel 在毕业设计中的应用 在毕业设计中 Protel 的应用主要在如下几个方面: (1)电路原理图的设计。Protel 的原理图设计输入功能,丰富的电 子器件库,可为使用者提供所需的各种常用电子器件,方便学生熟悉 电器元件,设计电路原理图。 (2)计算机仿真。Protel 提供有多种仿真功能,包括交流小信号分 析、瞬态特性分析、噪声分析、直流分析等,学生可应用这些功能对 设计原理图进行仿真试验,验证设计的可行性。 (3)PCB 板的设计。利用 Protel 的印制电路板自动布线功能,实 现 PCB 板设计。 三、MATLAB 技术在电气工程及其自动化专业中的应用 1.MATLAB 和 Simulink 简介 MATLAB 是当今具有代表性的交 互式控 制系统仿真语言,由美国学者 Cleve Moler 等人推出,它以独特的 构思与卓越的性能成为控制系统 CAD 领域最为普及与流行的应用软 件。 MATLAB 目前已广泛地应用在自动控制、图像处理、语言处理、信号 分析、振动理论、优化设计、时序分析与统计学、系统建模等领域。 The MathWorks 公 司 最 新 推 出 的 是 MATLABRR2007a 版 本 产 品 。 Simulink 是 MATLAB 中提 供的基于模型化图形组态的控制系统仿

真软件,它具有 Simu(仿真)与 Link(连接)两大功能,使得一个复杂 的控制系统数字仿真问题变得十分直观且容易。 2.MATLAB 利用 MATLAB 强大的数值仿真和数据处理能力, 可对电气工程及其自 动化专业的“自动控制原理”“电力电子技术”“电机及拖动基础” 、 、 、 “电力系统稳态分析”和“数字信号处理”等内容进行仿真、研究。 (1)MATLAB 在电路与磁路中的应用。在 Simulink 中有 一个 simPowerSystems 模块库,包括 10 类模块库:电源元件库、 线路元件库、电力电子元件库、电机元件库、附加元件库、连接器元 件库、电力图形元件库、电力系统元件库、演示教程等,可以进行电 路和磁路的建模与仿真。 (2) MATLAB 在 控 制 系 统 中的 应 用。 MATLAB 有 许 多工具箱, 如控制系统工具箱(Control System Toolbox) 、模糊逻辑工具箱 (Fuzzy Logic Toolbox) 电气系统工具箱 、 (PowerBlockset Toolbox) 等包括控制系统建模与仿真、 线性系统反馈控制、 PID 控制系统设计、 基于传递函数模型的控制系统设计、最优控制系统设计、鲁棒控制系 统设计、智能控制系统设计、非线性控制系统设计和系统辨识。 (3)MATLAB 在 电 力 系 统 中 的 应 用。 在 MATLAB 电 力系统 分析模块中,主要有各种同步机、异步机、变压器、直流机、特殊电 机的线性和非线性的、有名值和标么值系统的、不同仿真精度的设备 模型库;单相、三相的分布和集中参数的传输线;单相、三相断路器 及各种电力系统的负荷模型,还有一些保护器件如氧化锌压敏器件

等。电力系统模块可完成以下功能: ①电力系统的稳态分析。电力系统分析模块中有一个功能,叫做 “State Flow”(状态流 ),特别适用于含有一台或多台同步发电机 的简单或复杂电力系统的稳态分析。 ②电力系统的暂态分析。 主要是时域仿真分析和特征根分析这两种方 法 ,前者适用于含有一台或多台同步发电机的简单或复杂电力系统 的时域暂态分析。 ③特征根分析。 MATLAB 特有的功能, 是 特征根分析的物理概念清晰、 透明度大 , 对于理论概念的把握及运用十分适合。 四、结束语 综上所述, CAD 技术在电气工程及其自动化专业中的应用主要在 如下几个方面:绘制二维、三维工程图,这是最普遍的应用方式;建 立图形及符号库,便于设计时调用,从而提高设计效率;进行工程分 析,利用强大的工程分析工具软件,帮助设计者进行高效率的设计工 作;生成设计文档,按设计要求制成说明书和图纸,使设计过程更加 直观。


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