电动汽车电机系统原理与测试技术05试验设计理论

电动汽车 电机系统原理与测试技术,试验设计理论,2019/4/10,目录,基本概念 多因子试验设计 正交试验设计 均匀试验设计,基本概念,试验研究的基本要求 试验条件的代表性 试验设计时，既要考虑目前实际条件，还应放眼未来的生产、经济和科学技术水平的发展。 试验结果的可靠性 试验结果的可靠性包括试验的准确性与精确性两个方面。准确性是指试验中某一参数的观测值与其真实值的接近程度。精确性是指试验中同一参数的重复观测值的彼此接近程度。 试验结果的重演性 试验结果的重演性是指在相似条件下重复试验能得到相同趋势的试验结果，这是试验结果具有应用价值的前提。,2019/4/10,基本概念,与试验有关的术语 试验指标 指度量试验结果的标志。如电机的转矩响应时间、质量比功率、最高工作转速等。 试验因素 指试验中由人为控制的影响试验指标的原因。分为单因素实验和多因素实验。 因素水平 对试验因素所设定的不同量或质的级别。 试验处理 试验所设置的特定条件，称为试验处理。,2019/4/10,基本概念,与试验有关的术语 试验方案 指一个试验的全部处理或处理组合的总和。 重复 指同一试验处理所设置的试验单元数。当一个试验的每个处理只设置一个试验单元时，称为无重复试验。 隐重复 指多因素试验中某因素的水平重复次数。 因素效应与交互效应 指试验因素的水平变化对试验指标值的增进或减少作用。,2019/4/10,多因子设计试验,因子设计的概念 因子 指影响试验指标的因素。两个或两个以上因子的试验称为复因子试验。比如对两个因子A、B的情况有：,2019/4/10,复因子试验的特点,多因子试验设计,2019/4/10,多因子设计试验,因子设计的概念 因子的效果 指由因子水平改变而引起的反应的变化，也称此因子主效。,2019/4/10,多因子试验设计,2019/4/10,多因子试验设计,2019/4/10,多因子设计试验,因子设计的概念 因子设计 通过考虑各因子及其交互作用效果来进行方差分析，从而判断各因子及其交互作用对试验指标的影响。因子设计是一种有效的设计方法，特别是当交互作用存在的时候。,2019/4/10,多因子试验设计,2019/4/10,2k因子设计 假 设 试 验 中 共 有 k个 因 子 ，每 个 因 子 都 只 有 两 个 水 平 ， 这 些 水 平 可 以 是 数 量 性 的 ：如 温 度 、 压 力 或 时 间 的 两 个 值 ； 也 可 以 不 是 数 量 性 的 ：如 两 个 机 器 、 两 种 操 作 方 法 、 因 子 的 出 现 与 不 出 现 两 种 情 况 ，这 些 都 是 质 量 性 的 。这 种 设 计 的 安 排 总 共 有 2k 个 不 同 的 组 合 ，若 每 种 组 合 下 取 一 个 观 察 值 ，总 观 察 值 共 有 2k个 。因 此 叫 2k 因 子 设 计 。 我 们 对 2k 设 计 作 如 下 假 设 ：（1）因 子 是 固 定 的 ；（2）设 计 是 完 全 随 机 的 ； （3）一 般 都 满 足 正 态 性 ；（4）反 应 近 似 于 线 性 。,多因子试验设计,2019/4/10,2k因子设计 22设计 2k设计中最简单的就是22设计，即只有2个因子A、B；每个因子有低、高两个水平l，n；每个组合下作n次重复观察，即取n个观察值。,多因子试验设计,2019/4/10,2k因子设计 22设计,多因子试验设计,2019/4/10,22设计 要判断各因子及其交互作用对试验指标的影响，可进行方差分析。 （1）标准分析法,多因子试验设计,2019/4/10,（1）标准分析法,多因子试验设计,2019/4/10,22设计 （2）代数符号法 标准顺序：指各线性组合式按l,a,b,ab顺序写出来。 代数符号表：指计算因子效果的标准顺序因子组合表。,多因子试验设计,2019/4/10,22设计 （2）代数符号法 代数符号表性质 对照性 均衡性 正交性 I的恒等性 可转换性,多因子试验设计,2019/4/10,2k因子设计 23设计 23设计有三个因子A、B、C，每个因子取两个水平，单因子效果A、B、C；两两交互效果AB、BC、CA；三因子交互效果ABC。,多因子试验设计,2019/4/10,2k因子设计 23设计 （1） 计算单因子主要效果（以效果A为例，B、C同理）,多因子试验设计,2019/4/10,23设计 （2）计算两两交互作用效果（以AB为例）,多因子试验设计,2019/4/10,23设计 （3）计算3个因子交互作用 的总平均效果 （4）23标准顺序 顺序：l,a,b,ab,c,ac,bc,abc,多因子试验设计,2019/4/10,23设计 （5）23设计代数符号表 代数符号表性质：对照性、均衡性、正交性、I的恒等性、可转换性、计算离差平方和,多因子试验设计,2019/4/10,2k因子设计 一般2k设计 。,2019/4/10,引言主要内容 · 多因素试验问题、正交试验、正交表符号的意义。 · 均衡分散性、整齐可比性、自由度选表原则、表头设计 · 正交表的特点、用正交表安排试验及结果分析。正交试验的步骤。,正交试验设计,2019/4/10,问题的提出多因素的试验问题,对于单因素或两因素试验，因其因素少 ，试验的设计 、实施与分析都比较简单 。但在实际工作中 ，常常需要同时考察 3个或3个以上的试验因素 ，若进行全面试验 ，则试验的规模将很大 ，往往因试验条件的限制而难于实施 。正交试验设计就是安排多因素试验 、寻求最优水平组合 的一种高效率试验设计方法。,正交试验设计,2019/4/10,正交试验设计,一、正交表 为了解决多因子全面实施试验次数过多、条件难以控制的问题，有必要挑选出部分代表性很强的处理组合来做试验，这些具有代表性的部分处理组合，可以通过正交表来确定，而这些处理通常是线性空间的一些正交点。,2019/4/10,正交表分类,正交试验设计,2019/4/10,1、正交表的正交性（以L9 (34 )为例）,正交试验设计,2019/4/10,1、正交表的正交性 正交表各列的地位是平等的，表中各列之间可以互相置换，称为列间置换； 正交表各行之间也可相互置换，称行间置换； 正交表中同一列的水平数字也可以相互置换，称水平置换。 上述3种置换即正交表的3种初等置换。经过初等置换所能得到的一切正交表，称为原正交表的同构表或等价表，应用时，可根据不同需要进行变换。,正交试验设计,2019/4/10,2、正交表的综合可比性 反映在正交性当中： 任一列各水平出现的次数都相等。 任2列间所有可能的组合出现的次数都相等。 因此使任一因素各水平的试验条件相同。这就保证了在每列因素各个水平的效果中，最大限度地排除其他因素的干扰，突出本列因素的作用，从而可以综合比较该因素不同水平对试验指标的影响。这种性质称为综合可比性或整齐可比性。,正交试验设计,2019/4/10,在这9个水平组合中，A因素各水平下包括了B、C因素的3个水平，虽然搭配方式不同，但B、C皆处于同等地位，当比较A因素不同水平时，B因素不同水平的效应相互抵消，C因素不同水平的效应也相互抵消。所以A因素3个水平间具有可比性。同样，B、C因素3个水平间亦具有可比性。,正交试验设计,2019/4/10,3、正交表的用途 一般来说进行全面试验是不必要的，不做全面试验，就必须选择部分试验条件进行试验。为了使挑选出来的这些试验条件具有一定的代表性，即能反映全面情况，我们可以利用正交表安排实验。 其中交互作用列表有什么作用是：如果多因子对比试验中某些因子间的交互作用不能忽略而必须考虑时，就必须利用交互作用列表来确定试验方案，它是进行表头设计的依据。,正交试验设计,2019/4/10,二、 正交设计的基本方法 1、正交实验设计概念和特点 正交试验设计是利用正交表来安排与分析多因素试验的一种设计方法。它是由试验因素的全部水平组合中，挑选部分有代表性的水平组合进行试验的，通过对这部分试验结果的分析了解全面试验的情况，找出最优的水平组合。,正交试验设计,2019/4/10,正交试验设计的基本特点是：用部分试验来代替全面试验，通过对部分试验结果的分析，了解全面试验的情况。 正交试验法的不足：正因为正交试验是用部分试验来代替全面试验的，它不可能像全面试验那样对各因素效应、交互作用一一分析；当交互作用存在时，有可能出现交互作用的混杂。,正交试验设计,2019/4/10,正交试验法优点： （1）试验点代表性强，试验次数较少。 （2）不需做重复试验，就可以估计试验误差。 （3）可以分清因素的主次。 （4）可以使用数理统计的方法处理试验结果，提出展望好条件。,正交试验设计,2019/4/10,用正交试验法安排试验只需要9次试验,(1) A1B1C1 (2) A1B2C2 (3) A1B3C3 (4) A2B1C2 (5) A2B2C3 (6) A2B3C1 (7) A3B1C3 (8) A3B2C1 (9) A3B3C2,二、 正交设计的基本方法 2、正交试验设计的基本原理,9个试验点在选优区中分布是均衡的，在立方体的每个平面上， 都恰是3个试验点；在立方体的每条线上也恰有一个试验点,正交试验设计,2019/4/10,二、 正交设计的基本方法 3、正交试验设计的基本步骤,试验方案的确定 （1）明确试验目的，确定试验指标。 （2）挑选因素，确定水平，列出因素水平表。 试验因素以3-7个为宜。 确定因素的水平数时，重要因素可多取一些水平；各水平的数值应适当拉开。,正交试验设计,2019/4/10,试验方案的确定 （3）选正交表，进行表头设计。 一般要求因素水平数与正交表对应的水平数一致，因素个数小于或等于正交表的列数。 在满足上述条件的前提下，选择较小的表。 （4）明确试验方案，进行试验，得到结果。 （5）对实验结果进行统计分析。 （6）进行验证实验，做进一步分析。,2019/4/10,正交试验设计,4、用正交表安排试验 明确试验目的，确定试验指标 试验目的是搞清楚A、B、C对转化率的影响，试验指标为转化率 确定因素水平表 选用合适正交表 本试验可选取正交表L9 (34 ) 安排试验,因,素,水,平,A 温度（）,B 时间（Min）,C 用碱量（x%）,1 2 3,80 85 90,90 120 150,5% 6% 7%,因,素,水,平,A,B,C,1 2 3,A1 A2 A3,B1 B2 B3,C1 C2 C3,正交试验设计,2019/4/10,确定试验方案,正交试验设计,2019/4/10,试验结果的计算与分析 方法：直观分析法（极差分析法）、方差分析法 分析内容： 分清各因素对指标影响的主次顺序，即明确哪个是主要因素，哪个是次要因素； 找出优化的方案，即所考察的每个因素各取什么水平才能达到试验指标的要求。 分析因素与指标的关系，找出指标随因素变化的规律和趋势，用于 指出进一步试验研究的方向。,正交试验设计,2019/4/10,2019/4/10,验证试验 试验内容： 将直接分析得出的最好条件与通过计算分析得到的最优条件同时验证，以确定其中的优劣； 也可结合因素的主次和趋势图（对于重要因素，一定要按照有利于指标要求选取；对于次要因素，则可以考虑实际生产条件），对直接分析最要条件与计算分析得到的最优条件进行综合分析，确定验证试验方案。,正交试验设计,2019/4/10,混合水平正交表符号的意义,L8（41×24）常简写为L8（4×24）。此混合水平正交表含有1 个4水平列，4个2水平列，共有145列。,三、混合水平正交设计 混合水平正交表 ：列水平数不完全相同的正交表。,正交表分类,正交试验设计,2019/4/10,三、混合水平正交设计 混合水平正交设计方法 （1）直接套用混合水平正交表 （2）并列法 将k水平正交表的某两列合并，同时划去相应的交互作用列，组成