開關磁阻電機的Modelica模塊化建模方法
陳瓊忠，孟光（上海交通大學機械系統與振動國家重點實驗室，上海200240）
摘要：詳述了開關磁阻電機驅動系統( 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商業軟件如MATLAB/Simulink建模方法的優點。比較結果顯示，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的瞬態特性，尤其更易于組建大系統級模型，實現多領域物理系統的混合仿真。
關鍵詞：開關磁阻電機：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
開關磁阻電機( SRM)可以說是一個矛盾體，其突出的優點和控制難點引起了各國學者極大的研究熱情。SRM****受到航空等惡劣場合應用的青昧，但是SRM固有的雙凸極結構及開關型工作特點，導致其運行過程中的轉矩脈動和噪聲問題較為顯著，使其在民用領域起步較晚。目前，通過優化設計和控制，SRM的轉矩脈動和噪聲問題正逐步得到解決，使得SRM開始應用到一些伺服要求不太高的民用電器領域。
由于SRM的設計與控制必須針對具體場合提出，計算機輔助工程(CAE)技術對SRM的發展起著重要作用。建立SRM精確的數學模型、采用好的建模仿真分析方法，有助于提高SRM的研發效率，并推廣SRM的應用。SRM的非線性數學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系的建模方法，注定了模塊間計算過程的數據流是單向的。因此，系統中某一模塊的微小變動可能需要對整個系統模型進行較大修改，導致模型的可重用性不高。為了增強模型的可重用性，本文基于非因果聯系建模思想，采
用新一代的統一建模語言規范-Modelica，建立了SRM驅動系統(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的MATLAB/Simulink建模方法的優點。
l Modelica簡介
由于現代復雜機電產品通常具有機、電、液、控等多領域耦合特征，多領域物理系統混合建模與仿真正成為現代CAE技術的關鍵及發展趨勢。以往的商業仿真軟件在處理酒蓋多領域物理系統的問題時，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、公用的新一代多領域物理系統統一建模語言規范，Modelica語言著力于解決涵蓋多領域物理系統的耦合問題。該語言的優點在于面向對象性和非因果性。Modelica的面向對象性基于DAE來描述不同物理系統，將研究對象分解為數學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]從是否支持系統解禍建模、設計優化，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，結論是Dvmola兼具這些優點。而其他軟件則只具備部分優點。
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部分。
2 SRD的Modelica模塊化建模
2.1 SRD模型架構
模塊化建模是把待研究對象按功能或層次合理地劃分為若干個組成部分，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系構成研究對象。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劃分成各功能子系統或元件；其次采用自下而上( Bottom-up)的方法對各元件或子系統進行建模，并根據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模型。圖2為Modelica建模過裎的示意圖，包含系統拆分和模型搭建過程。
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