開關(guān)磁阻電機的Modelica模塊化建模方法
陳瓊忠，孟光（上海交通大學(xué)機械系統(tǒng)與振動國家重點實驗室，上海200240）
摘要：詳述了開關(guān)磁阻電機驅(qū)動系統(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。比較結(jié)果顯示，SRD的Model，ca模型庫的町重用性更強，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)級模型，實現(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：模塊化建模；Modelica語言
中圖分類號：TM352文獻標識碼：A文章編號：1673-6540( 2009) 12-0001-05
0 引 言
開關(guān)磁阻電機( SRM)可以說是一個矛盾體，其突出的優(yōu)點和控制難點引起了各國學(xué)者極大的研究熱情。SRM****受到航空等惡劣場合應(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，導(dǎo)致其運行過程中的轉(zhuǎn)矩脈動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)計和控制，SRM的轉(zhuǎn)矩脈動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)計與控制必須針對具體場合提出，計算機輔助工程(CAE)技術(shù)對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，但其建模平臺仍有較大的改進空間。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可能需要對整個系統(tǒng)模型進行較大修改，導(dǎo)致模型的可重用性不高。為了增強模型的可重用性，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。本文重點講述了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。
l Modelica簡介
由于現(xiàn)代復(fù)雜機電產(chǎn)品通常具有機、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。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，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)點在于面向?qū)ο笮院头且蚬�。Modelica的面向?qū)ο笮曰贒AE來描述不同物理系統(tǒng)，將研究對象分解為數(shù)學(xué)形式描述的最小對象，然后封裝，以對象圖的形式保存。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，從而不必更多地考慮計算的順序，可極大地增強模型的可重用性。
DVmola是最早支持Modelica語言的CAE仿真平臺，其主要具有快速的圖形化建模、j放式的程序接口、三維動畫和實時仿真等特點。文獻[3]從是否支持系統(tǒng)解禍建模、設(shè)計優(yōu)化，是否模塊化、易擴展化、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。而其他軟件則只具備部分優(yōu)點。
圖1所示為基于Modelica/Dymola平臺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象按功能或?qū)哟魏侠淼貏澐譃槿舾蓚�組成部分，每個部分用一個或幾個模塊來表示，然后把這些模塊按一定關(guān)系構(gòu)成研究對象。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)的方法對各元件或子系統(tǒng)進行建模，并根據(jù)Modelica模型的繼承性和層次化的特點，將下一級模型拼裝成上一級模型，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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