[发明专利]一种强非线性Modelica系统模型的频率特性估算系统及方法

权利要求书

1.一种强非线性Modelica系统模型的频率特性估算方法，该方法通过强非线性Modelica系统模型的频率特性估算系统实现，该系统包括Modelica系统模型构建模块(1)、频率估算输入模块(2)、频率测试信号创建模块(3)、Modelica系统模型求解模块(4)、频率特性计算模块(5)以及频率响应图绘制模块(6)；

所述Modelica系统模型构建模块(1)的功能为根据已经完成的真实系统的结构和原理，构建与真实系统相对应的Modelica系统模型；

所述频率估算输入模块(2)的功能为根据已完成的真实系统的工作场景，对单输入多输出SIMO的Modelica系统模型，定义其频率估算的输入接口和输出接口，以及频率估算的频率范围；

所述频率测试信号创建模块(3)的功能为根据所述频率估算输入模块(2)的定义，创建用于进行频率特性计算的测试信号SineStream，并将测试信号SineStream通过输入接口传递给待测的Modelica系统模型，用于Modelica的求解运算；

所述Modelica系统模型求解模块(4)的功能为根据所述频率测试信号创建模块(3)创建的测试信号SineStream，利用仿真软件的编译器和求解器对Modelica系统模型进行编译求解，求解结束后对输出信号按照不同频率分量进行分段，获得Modelica系统模型的IO仿真数据；

所述频率特性计算模块(5)的功能为根据所述Modelica系统模型求解模块(4)得到的系统模型IO仿真数据，利用稳定判据将获得的IO仿真数据进行滤波处理，得到包含完整主频率分量的稳态数据，最后通过离散傅里叶变换计算出Modelica系统模型频率的幅频特性和相频特性；

所述频率响应图绘制模块(6)的功能为根据所述频率特性计算模块(5)计算出的幅频特性和相频特性的结果，绘制典型的频率响应图，实现频率估算结果的可视化；

其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤0)根据已经完成的真实系统的结构和原理，采用Modelica语言来开发相对应的Modelica系统模型；

步骤1)根据系统的工作场景，通过设定Modelica系统模型的输入和输出接口，以及频率估算的频率范围，进行频率估算输入；

步骤2)根据频率估算输入，创建频率估算的测试信号SineStream，再将测试信号SineStream通过输入接口传递给Modelica系统模型；

步骤3)根据创建的测试信号SineStream，利用仿真软件的编译器和求解器对Modelica系统模型进行编译求解，得到Modelica系统模型的IO仿真数据；

编译求解Modelica系统模型的具体实现步骤如下：

在将测试信号Sinestream加载至待测试的Modelica系统模型后，对Modelica系统模型进行时域仿真，针对测试信号Sinestream中各个频率设定相应的周期数，以确保Modelica系统模型在各个频率正弦信号激励下均能进入稳态；

时域仿真完成后，获取Modelica系统模型线性化输出点的输出信号，并将输出信号按照不同频率分量的持续时间分割成m段，以保证估算结果的准确性，其中m表示在设定的频率范围内所包含的不同频率点数，且m为正整数；输出信号即为Modelica系统模型的IO仿真数据，将作为进行下一步频率特性估算的原始信号；

步骤4)利用稳定判据将获得的IO仿真数据进行滤波处理，得到包含完整主频率分量的稳态数据，然后利用离散傅里叶变换计算得到Modelica系统模型频率的幅频特性和相频特性；

步骤5)根据计算得到的幅频特性和相频特性，绘制出典型的频率响应图，实现频率估算结果的可视化。

2.根据权利要求1所述的强非线性Modelica系统模型的频率特性估算方法，其特征在于，步骤2)中，创建测试信号SineStream的具体实现步骤如下：

首先根据频率估算输入，对包括频率估算的范围、在该频率范围内的估算点数、系统稳态工作点、以及每个特定频率下对应正弦信号的幅值、周期、采样点数在内的信号属性进行定义，然后根据定义好的测试信号Sinestream的信号属性，利用Modelica语言创建测试信号Sinestream，利用测试信号Sinestream作为Modelica系统模型IO仿真数据获取的激励信号。