開關(guān)磁阻電機(jī)的Modelica模塊化建模方法
陳瓊忠，孟光（上海交通大學(xué)機(jī)械系統(tǒng)與振動(dòng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海200240）
摘要：詳述了開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)( SRD1的Modelica模塊化建模方法，建立了SRD的模塊化模型庫，分析了Modelica建模方法相比丁傳統(tǒng)商業(yè)軟件如MATLAB/Simulink建模方法的優(yōu)點(diǎn)。比較結(jié)果顯示，SRD的Model，ca模型庫的町重用性更強(qiáng)，該建模仿真方法能更直觀地分析SHD的瞬態(tài)特性，尤其更易于組建大系統(tǒng)級(jí)模型，實(shí)現(xiàn)多領(lǐng)域物理系統(tǒng)的混合仿真。
關(guān)鍵詞：開關(guān)磁阻電機(jī)：模塊化建模；Modelica語言
中圖分類號(hào)：TM352文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1673-6540( 2009) 12-0001-05
0 引 言
開關(guān)磁阻電機(jī)( SRM)可以說是一個(gè)矛盾體，其突出的優(yōu)點(diǎn)和控制難點(diǎn)引起了各國學(xué)者極大的研究熱情。SRM****受到航空等惡劣場(chǎng)合應(yīng)用的青昧，但是SRM固有的雙凸極結(jié)構(gòu)及開關(guān)型工作特點(diǎn)，導(dǎo)致其運(yùn)行過程中的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和噪聲問題較為顯著，使其在民用領(lǐng)域起步較晚。目前，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)和控制，SRM的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和噪聲問題正逐步得到解決，使得SRM開始應(yīng)用到一些伺服要求不太高的民用電器領(lǐng)域。
由于SRM的設(shè)計(jì)與控制必須針對(duì)具體場(chǎng)合提出，計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)技術(shù)對(duì)SRM的發(fā)展起著重要作用。建立SRM精確的數(shù)學(xué)模型、采用好的建模仿真分析方法，有助于提高SRM的研發(fā)效率，并推廣SRM的應(yīng)用。SRM的非線性數(shù)學(xué)模型已有較廣泛昀研究，但其建模平臺(tái)仍有較大的改進(jìn)空間。目前較常采用的商業(yè)建模仿真軟件如MATLAB/Simulink【1】、Simplorer【2】等，由于其本身是一種岡果性聯(lián)系的建模方法，注定了模塊間計(jì)算過程的數(shù)據(jù)流是單向的。因此，系統(tǒng)中某一模塊的微小變動(dòng)可能需要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)模型進(jìn)行較大修改，導(dǎo)致模型的可重用性不高。為了增強(qiáng)模型的可重用性，本文基于非因果聯(lián)系建模思想，采
用新一代的統(tǒng)一建模語言規(guī)范-Modelica，建立了SRM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(SRD)的模塊化模型庫，使得模型具備真正通用化的特點(diǎn)。本文重點(diǎn)講述了SRM的Modelica模塊化建模過程，并比較分析了該建模思想不同于傳統(tǒng)的MATLAB/Simulink建模方法的優(yōu)點(diǎn)。
l Modelica簡(jiǎn)介
由于現(xiàn)代復(fù)雜機(jī)電產(chǎn)品通常具有機(jī)、電、液、控等多領(lǐng)域耦合特征，多領(lǐng)域物理系統(tǒng)混合建模與仿真正成為現(xiàn)代CAE技術(shù)的關(guān)鍵及發(fā)展趨勢(shì)。以往的商業(yè)仿真軟件在處理酒蓋多領(lǐng)域物理系統(tǒng)的問題時(shí)，總是存在或多或少的問題。Modelica語言正是在此背景下誕生的一種開放式的、公用的新一代多領(lǐng)域物理系統(tǒng)統(tǒng)一建模語言規(guī)范，Modelica語言著力于解決涵蓋多領(lǐng)域物理系統(tǒng)的耦合問題。該語言的優(yōu)點(diǎn)在于面向?qū)ο笮院头且蚬浴odelica的面向?qū)ο笮曰贒AE來描述不同物理系統(tǒng)，將研究對(duì)象分解為數(shù)學(xué)形式描述的最小對(duì)象，然后封裝，以對(duì)象圖的形式保存。DAE方程是一種有別于一般商業(yè)建模仿真軟件所采用的ODE方程的中性模型方程表達(dá)方式。DAE方程的Pantelides算法使得Modeiica建模具有非因果聯(lián)系的特點(diǎn)，從而不必更多地考慮計(jì)算的順序，可極大地增強(qiáng)模型的可重用性。
DVmola是最早支持Modelica語言的CAE仿真平臺(tái)，其主要具有快速的圖形化建模、j放式的程序接口、三維動(dòng)畫和實(shí)時(shí)仿真等特點(diǎn)。文獻(xiàn)[3]從是否支持系統(tǒng)解禍建模、設(shè)計(jì)優(yōu)化，是否模塊化、易擴(kuò)展化、透明化等方面比較了Atosec5、Simulink、Spice、Saber、Krean和Dvmola等仿真軟件，結(jié)論是Dvmola兼具這些優(yōu)點(diǎn)。而其他軟件則只具備部分優(yōu)點(diǎn)。
圖1所示為基于Modelica/Dymola平臺(tái)的建模及仿真流程圖。其中，虛線框部分為用戶層面的二次開發(fā)部分。
2 SRD的Modelica模塊化建模
2.1 SRD模型架構(gòu)
模塊化建模是把待研究對(duì)象按功能或?qū)哟魏侠淼貏澐譃槿舾蓚�(gè)組成部分，每個(gè)部分用一個(gè)或幾個(gè)模塊來表示，然后把這些模塊按一定關(guān)系構(gòu)成研究對(duì)象。Modelica模塊化建模過程如下：首先通過自上而下( Top-down)的方法將研究對(duì)象系統(tǒng)劃分成各功能子系統(tǒng)或元件；其次采用自下而上( Bottom-up)的方法對(duì)各元件或子系統(tǒng)進(jìn)行建模，并根據(jù)Modelica模型的繼承性和層次化的特點(diǎn)，將下一級(jí)模型拼裝成上一級(jí)模型，直至組成最終所需的系統(tǒng)模型。圖2為Modelica建模過裎的示意圖，包含系統(tǒng)拆分和模型搭建過程。
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