Motor-CAD 参数扫描与寻优知识库

版本：2026-08-26
适用目录：E:\aitestlocal\codex\tr
参考项目：E:\aitestlocal\claude\motorcadopt

1. 目标与适用范围

本知识库用于指导 Motor-CAD 模型的自动参数扫描、结果采集、GUI 工具维护和后续寻优。当前主要模型为：

MARS-9S8P_SSSR_Halbach_PCB-V1.0.mot

已经实现或验证的扫描类型包括：

Halbach 中央磁块弧角单参数扫描；
整体磁铁极弧单参数扫描；
中央磁块弧角与槽口宽度的二维组合扫描；
槽口变化时 PCB 铜线宽度的公式联动。

2. 已确认的 Motor-CAD 参数映射

GUI 名称	Motor-CAD 自动化变量	单位	基线值	说明
Central Mag Arc [ED]	`MagnetCentralArc_HalbachRing`	EDeg	120	Halbach 中央磁块弧角，不等于整体极弧
Magnet Arc [ED]	`Magnet_Arc_[ED]`	EDeg	180	整体磁铁极弧
Slot Opening	`Slot_Opening`	mm	8	基线等于槽宽，属于完全开口槽
Slot Width	`Slot_Width`	mm	8	Parallel Slot 模型的槽宽
PCB 铜线宽	`Copper_Width`	mm	3.39	已与槽口联动公式核对
每电周期转矩点数	`TorquePointsPerCycle`	points/cycle	30	原模型值，速度快但存在混叠风险
气隙内部网格点	`AirgapMeshPoints_mesh`	points	840	与 surface 参数通常成对设置
气隙表面网格点	`AirgapMeshPoints_layers`	points	840	与 mesh 参数通常成对设置

关键区分：

扫描 Central Mag Arc [ED] 时必须写 MagnetCentralArc_HalbachRing。
扫描 Magnet Arc [ED] 时必须写 Magnet_Arc_[ED]。
两者代表不同的几何含义，不能混用。

3. 自动化连接与运行约束

3.1 Windows 原生环境

Motor-CAD 通过 Windows RPC/COM 风格接口驱动，必须使用 Windows 原生 Python。 WSL 或 Linux 环境不能连接本机 Motor-CAD 实例。

主要依赖：

ansys-motorcad-core
tkinter
PyInstaller

3.2 前台可见

自动求解使用独立 Motor-CAD 实例，并调用：

mc = pymotorcad.MotorCAD(open_new_instance=True, keep_instance_open=False)
mc.set_visible(True)

这样可以避免连接到正在被其它程序控制的 Motor-CAD 实例，同时保证用户能看到新实例。

3.3 多实例风险

open_new_instance=False 会尝试连接现有实例。机器上同时存在多个 Motor-CAD 时，可能连接到错误模型。除非已通过进程和 RPC 端口明确识别目标实例，否则不要使用自动连接现有实例的方式运行批处理。

3.4 每点重新加载基线

每个扫描组合开始前必须执行：

mc.load_from_file(model_path)

然后再写本点参数。这样可以避免上一点参数、求解开关或派生状态污染下一点。

扫描结束时也应重新加载基线模型，使 Motor-CAD 不停留在最后一个扫描值。

4. 参数写入规则

4.1 只修改明确授权的设计变量

单参数扫描只写该参数；求解采样点和网格属于数值设置，不是设计变量，应在结果清单中明确记录。

4.2 写入后必须回读

Motor-CAD 对不适用的参数有时会静默接受，因此每次写入都必须用 get_variable 回读并比较：

mc.set_variable(variable, value)
applied = float(mc.get_variable(variable))

若不一致，当前点应标为 FAILED，不能继续把结果当作有效数据。

4.3 槽口与 PCB 铜线宽联动

槽口改变时，铜线宽按以下公式计算：

Copper_Width = (Slot_Opening - clearance) / 2 / conductor_count

当前默认：

clearance = 0.2 mm
conductor_count = 1
/2 表示槽两侧分配

默认槽口扫描 5.4–7.4 mm、步长 0.2 mm 时：

Slot Opening (mm)	Copper Width (mm)
5.4	2.6
5.6	2.7
5.8	2.8
6.0	2.9
6.2	3.0
6.4	3.1
6.6	3.2
6.8	3.3
7.0	3.4
7.2	3.5
7.4	3.6

二维扫描中推荐写入顺序：

Slot_Opening
Copper_Width
磁铁弧角参数
逐项回读验证
执行磁场计算

5. 扫描矩阵

5.1 单参数扫描

端点均包含在扫描序列中。如果终点无法由整数个步长严格到达，程序会额外加入终点。

5.2 二参数扫描

总仿真数为两个参数水平数的乘积：

N_total = N_parameter_1 x N_parameter_2

示例：

Central Mag Arc：90–110 EDeg，步长 1，共 21 个水平；
Slot Opening：5.4–7.4 mm，步长 0.2，共 11 个水平；
总仿真数：21 x 11 = 231。

按 30 点/840 网格的实际速度约 2.5–4.2 分钟/点估算，231 点可能需要约 10–16 小时。 GUI 必须在启动前显示组合总数和粗略时长，并要求再次确认。

6. 采样点与气隙网格

6.1 原模型快速设置

TorquePointsPerCycle = 30
Airgap mesh/layers = 840

优点：速度快，适合初筛。
风险：本机 9 槽 8 极模型的主要齿槽成分是 18 次电频谐波，30 点/电周期低于可靠分辨要求，可能发生混叠，因此不能把 30 点扫描的绝对脉动值直接当作最终结论。

6.2 推荐设置

快速趋势扫描：30 点/840 网格；
中等可信度扫描：120 点，并采用与时间步对齐的气隙网格；
最终候选复算：180 点和更细、已验证收敛的网格。

已知坑：120 点搭配原始 840 网格时，Motor-CAD 会弹出网格与时间步不对齐警告，导致无人值守 RPC 批处理失败。Motor-CAD 曾建议改为 960；参考项目的高精度研究还使用过 1680。

原则：

不要随意组合采样点数和网格点数；
先做单点验证，确认无交互弹窗；
所有结果必须记录实际的 Torque points 和 airgap mesh；
快速扫描的最佳点必须用高精度设置复算。

7. 结果指标

GUI 与 CSV 应尽可能采集以下常用指标：

类别	Motor-CAD 结果名称
转矩脉动	`Torque Ripple (VW) [%]`、`Torque Ripple (VW)`
平均转矩	`Average torque (virtual work)`
系统效率	`System Efficiency`
反电动势	`Back EMF Line-Line Voltage (rms)`
反电动势失真	`Harmonic Distortion Back EMF Line-Line Voltage`
总损耗	`Total Losses (on load)`
铜耗	`Armature DC Copper Loss (on load)`
磁钢损耗	`Magnet Loss (on load)`
定子铁耗	`Stator iron Loss [total] (on load)`
输入功率	`Input Power`
输出功率	`Output Power`，导出名称可能带状态后缀
电磁功率	`Electromagnetic Power`，导出名称可能带状态后缀
轴转速	`Shaft Speed`
空载转速	`No load speed`

结果导出文件使用分号分隔，不是普通逗号 CSV。相同指标可能在多个段落重复，优先取 E-Magnetics，再按 Drive、Losses、Materials、Miscellaneous 搜索。

8. 时间戳与可恢复性

每次 GUI 运行应创建独立目录：

runs/YYYYMMDD_HHMMSS_mmm_<scan_name>/

目录内至少包含：

run_manifest_<timestamp>.json：模型、参数范围、完整组合、数值设置和 Git 提交；
scan_results_<timestamp>.csv：逐点汇总结果；
program_log_<timestamp>.log：毫秒级时间戳日志；
raw/result_<index>_<values>_<timestamp>.csv：每点 Motor-CAD 原始导出。

每个点完成后立即写 CSV 并刷新文件，不能等整批完成后一次性保存。失败点记录错误并继续下一点。

9. GUI 与 EXE 版本

版本/程序	功能
`MotorCADParameterScanV2`	单参数扫描，稳定的三行设置布局
`MotorCADParameterScanV3`	Central Mag Arc × Slot Opening 二维扫描，带 Copper Width 联动
`MotorCADMagnetArcScan`	V2 单参数布局，扫描整体 `Magnet_Arc_[ED]`

单参数 V2 布局要求：

第一行：模型路径；
第二行：参数、Start、Stop、Step；
第三行：Torque points、Airgap mesh；
每项必须拥有独立的标签和输入框，不得复用同一 Grid 列导致控件覆盖。

10. Git 与源码规则

10.1 源码字符集

所有 .py 和 .ps1 脚本必须只包含 ASCII 字符。中文说明放在 Markdown 文档中，不能写进脚本注释、窗口标题、帮助文本或日志模板。

建议检查：

rg -n "[^\x00-\x7F]" --glob '*.py' --glob '*.ps1' .

10.2 运行前必须提交

每次实际启动 Motor-CAD 求解前：

必须存在 Git 提交；
所有已跟踪文件必须无未提交修改；
运行清单必须记录当前短提交号；
未跟踪的模型结果目录不应自动加入提交或删除。

GUI 的 Git preflight 若失败，必须拒绝启动求解。

11. 常见故障与处理

现象	原因	处理
连接成功但控制了错误窗口	同时运行多个 Motor-CAD，自动连接命中错误实例	新建独立实例并设为可见
RPC 在计算开始时报 Warning/Error	Motor-CAD 弹出交互警告	先做单点验证；修正网格/时间步组合
参数写成功但几何不变	参数不适用于当前机型，Motor-CAD 静默接受	回读只是最低要求；存疑参数还要截图或结果对照验证
扫描点之间结果异常累积	未重新加载基线	每点先 `load_from_file`
GUI 看不到 Step 输入框	Grid 列发生标签与输入框覆盖	使用 V2 三行布局，每组控件放独立 Frame
长时间任务中途丢失全部结果	批次结束才保存	每点立即追加 CSV、写日志并 flush
30 点结果看似更优	18 次谐波混叠	只用于趋势筛选，高精度复算确认
Git 报 dubious ownership	仓库所有者与运行账户不同	每条命令使用 `git -c safe.directory=E:/aitestlocal/codex/tr ...`

12. 推荐寻优流程

确认模型、设计变量和真实自动化变量名；
检查所有脚本为纯 ASCII；
提交 Git，并确认已跟踪工作区干净；
用 1–2 个点验证前台实例、参数回读、结果字段和无弹窗运行；
使用 30 点/840 网格做粗筛；
根据趋势缩小参数区间，而不是盲目扩大二维全网格；
在候选区域用更小步长加密；
用 180 点和收敛网格复算最佳候选；
同时检查 Torque Ripple、Tavg、效率、损耗、反电动势和转速，不只看单一目标；
保存参数、原始结果、汇总表、日志、Git 提交和简单分析。

13. 当前工程结论

Central Mag Arc [ED] 与 Magnet Arc [ED] 是两个不同参数，工具和结果命名必须明确区分。
9 槽 8 极模型的脉动评估对采样点数和气隙网格非常敏感。
原模型 30 点设置适合快速筛选，不适合直接宣称最终脉动真值。
槽口从完全开口状态收窄是重要设计方向，但改变槽口时必须同步处理 PCB 铜线宽几何。
二维全网格很容易达到数百次仿真；应优先粗筛、缩小区域、再加密和高精度复算。
可靠的自动化不仅要“能跑”，还必须具备前台可见、参数回读、逐点落盘、时间戳、失败续跑和 Git 可追溯性。

Slot Opening (mm)	Copper Width (mm)
5.4	2.6
5.6	2.7
5.8	2.8
6.0	2.9
6.2	3.0
6.4	3.1
6.6	3.2
6.8	3.3
7.0	3.4
7.2	3.5
7.4	3.6

Slot Opening (mm)	Copper Width (mm)
5.4	2.6
5.6	2.7
5.8	2.8
6.0	2.9
6.2	3.0
6.4	3.1
6.6	3.2
6.8	3.3
7.0	3.4
7.2	3.5
7.4	3.6

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