[发明专利]基于Modelica语言的航天器环热控系统建模仿真方法

说明书

本发明提供了一种基于Modelica语言的航天器环热控系统建模仿真方法，包括以下步骤：步骤一，将系统建模仿真和Modelica语言的技术体系相结合，形成面向对象的陈述式环热控系统建模方式，从而构建非因果式的环热控系统模型库；步骤二，根据非因果式的建模仿真需求，开发环热控系统的建模仿真系统，从而实现组件模型和环热控系统模型的构建、管理及仿真分析。因此，采用本发明，大大降低了环热控系统模型构建的难度和复杂度，减轻建模工作量，也避免了人工指定求解顺序时引起的错误，显著地提高了模型的重用性、可扩展性、灵活性和知识积累能力，在建模仿真系统的支持下，实现模块化、参数化和可视化。

技术领域

本发明属于航天器环热控系统仿真技术领域，涉及一种基于Modelica语言的航天器环热控系统建模仿真方法。

背景技术

环热控系统是实现航天器载人环境控制的系统，包括密封舱大气环境控制、设备温度控制等系统，具体的功能分类如下：

1)供气调压功能：控制密封舱总压水平在指标要求范围内；

2)空气成份控制功能：控制密封舱内氧分压、CO2分压、微量有害气体分压水平在指标范围内；

3)温湿度控制功能：控制密封舱内空气温度和相对湿度水平在指标范围内；

4)设备温度控制功能：控制设备工作温度在指标范围内。

可见，环热控系统直接关系到航天员工作和生活的舒适性，甚至生命安全，是载人航天器一个非常重要的系统，同时也是载人航天器区别于非载人航天器的一个重要标志，由于航天器中人的存在，使整个航天器的设计更为复杂。

应了解，环热控系统动态特性是环热控系统的一项重要性能指标，动态特性的好坏直接影响到系统能否正常工作，故对其研究已成为环热控系统设计的重要课题。早期，对环热控系统的研究主要采用工程试验方法，工程试验在提高系统性能、安全性、可靠性和经济性等方面存在着一定的局限，例如需要建立整套试验系统，并且物理系统的结构和参数改变比较困难。随着环热控系统理论研究的不断深化和软件工具在数值分析方面能力的不断提高，现阶段提出了基于模型的数值分析方法，该方法着眼于将环热控系统的物理理论转化为数学模型，通过软件工具对数学模型的编译求解分析，模拟环热控系统的动态工作过程，可以很好地评估和分析环热控系统的动态性能，进而辅助系统的优化设计、试验验证和运行管理，减少系统试验次数和风险、有效的缩短系统研制周期、降低系统研制成本和提高产品性能质量。

目前现有技术中，在进行基于模型的环热控系统动态分析过程中，主要采用因果式建模方法(即，过程式建模方法)来实现模型的开发。因果式建模方法不仅需要工程师对复杂的环热控系统进行解耦，清楚地定义模型的输入输出和方程的求解顺序，而且需要工程师掌握复杂系统模型的编译和求解技术。对于环热控系统这样大型的复杂耦合系统，此方法导致建模过程复杂困难，而且所开发的模型重用性、通用性和扩展性低，在模块化、参数化方面不足。这就需要探索一种新的环热控模型库构建方法。

因此，需要一种实现环热控系统的非因果建模方法，能够大大降低建模过程的难度和复杂度，提高模型的重用性和扩展性，为基于模型的环热控系统动态分析提供高效的途径。

发明内容

为了克服基于模型的环热控系统动态分析方法中因果式建模方法的不足，本发明提出了一种基于Modelica语言的航天器环热控系统建模仿真方法，将环热控系统建模仿真理论和Modelica技术体系相结合，采用面向对象的陈述式方法构建环热控系统模型，可有效降低环热控系统模型构建的难度和复杂度，提高模型的重用性和扩展性。