[发明专利]非线性多舱混联欧拉定步长仿真方法

说明书

本发明提供了多舱混联欧拉定步长仿真的建模方法。其特征在于包括：线性系统病态代数环的去除，即添加虚拟积分，使存在病态代数环的代数方程模型转换成微分方程模型；对虚拟积分参数进行调整能够减小系统的刚性；再将线性系统还原成非线性系统，为保证系统稳定，提出了解决欧拉定步长仿真稳态振荡的方法。

技术领域

本发明涉及多舱混联仿真，对仿真出现的问题给予分析，设计了新的仿真方法，保证多舱混联欧拉定步长仿真与实际情况贴近，具有重要意义。

背景技术

对于多舱混联的仿真，存在定步长和变步长两类仿真方法。其中，变步长仿真运行结果一般是稳定的，且与实际情况比较贴近。但是，变步长仿真不能保证仿真的实时性，且，当系统需要进行半物理仿真，即实时仿真时，该仿真方法不适用。

发明内容

鉴于上述问题，本发明人选择运用定步长仿真方法对该多舱混联进行仿真。其中欧拉法是最为简单、实用的仿真方法。而当本发明人用定步长欧拉法对多舱混联进行仿真时，发现当关闭特定阀门时，系统会因存在代数环而发散。对于代数环而言，可以分为良性代数环和病态代数环两种，其中病态代数环会使系统不能正常运行，一旦有病态代数环产生，仿真就发散。本发明进一步对该问题进行了研究，确定了去除病态代数环的方法，并确定了对非线性系统运用欧拉定步长仿真方法进行仿真的方法，并针对系统最终会产生稳态振荡的情况，提出了改进方法，包括设定阈值，系统变量超过该阈值将进行相应模型的转换。所得到的新的仿真模型能够保证系统稳定，且运行结果与实际情况接近。

本发明提供了运用欧拉定步长仿真法对多舱混联进行了仿真的方法，该方法：

首先，将实际的非线性系统线性化，对于所有流量压力的关系式进行分析，发现存在特殊的代数关系式，在关闭特定的阀门时，系统会出现病态，这也就是系统发散的原因；

其次，添加虚拟积分，代替存在病态代数环的代数方程，即该系统只存在良性代数方程组，以及包含虚拟积分的微分方程组；

第三，调整虚拟积分参数，从而减小了系统的刚性；

第四，将线性系统还原为非线性，即与实际情况相同；但在运用欧拉定步长仿真方法的情况下，系统最终会出现稳态振荡，为保证系统稳定，本方法中提前设定了流量阈值，当系统流量值大于该阈值时，运用非线性模型进行仿真，系统流量小于该阈值时，转换为线性系统，从而保证系统稳定。

说明书附图

图1四舱混联模型。

图2添加虚拟积分四舱混联模型。

图3(a)至3(b)调整虚拟积分参数前后特征值相对位置的变化情况。

图4(a)至(b)非线性系统仿真中流量压力发生稳态振荡情况。

图5(a)至(b)采用非线性与线性模型的转换情况下的流量压力仿真结果。

图6本发明的仿真方法实施过程。

具体实施方案

以下具体说明根据本发明的实施例的技术方案。

以四舱混连为例，其系统模型如图1所示，根据该系统模型建立仿真模型，如图6的步骤(601)。

首先，压力流量的关系如(1)

其中，

w表示系统质量流量，单位是kg/m³；

v表示系统质量流量的平方，单位是(kg/m³)²；

G表示摩导，单位是(kg/s)²/Pa；