[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

说明书

本发明公开了一种强非线性Modelica系统模型的频率特性估算系统及方法，该系统包括系统模型构建模块、频率估算输入模块、频率测试信号创建模块、系统模型求解模块、频率特性计算模块和频率响应图绘制模块；该方法包括构建系统模型，定义频率估算的IO接口和频率范围，创建测试信号，根据测试信号编译求解系统模型，计算频率特性，绘制频率响应图。本发明主要通过采用Modelica建模分析技术来实现系统频率特性的估算，解决了大规模复杂异构系统的模型开发问题，同时通过基于扫频分析方法与原理，有效地解决了一类强非线性Modelica模型获取系统的频率特性难题，为工业系统的控制回路设计提供了一种有效的、便捷的设计方法。

技术领域

本发明属于系统建模仿真领域，具体涉及一种基于扫频分析方法与原理的强非线性Modelica系统模型的频率特性估算系统及方法，特别适用于一般Modelica多领域模型、FMU模型以及可运行的黑盒模型。

背景技术

工业系统的被控对象一般都具有多领域、高刚度、强非线性的特点，采用框图建模或过程式语言建模需要人为的解耦和线性化处理，难以构建准确的系统模型。而Modelica语言在构建物理模型方面具有其天然的优势，可根据系统物理拓扑结构构建物理模型，特别适用于大规模复杂异构系统的建模和仿真分析。

系统分析除了时域分析外，不同领域的工程师还需要对系统进行更多类型的分析，频域分析作为对时域分析的补充，在系统设计过程起着重要作用。经典控制理论中介绍了两种重要的控制回路设计方法：根轨迹法和频率响应法。其中，频率响应法在实际工程中备受欢迎，当被控对象模型存在不确定性时（如黑箱模型）或未知的情况下，频率响应法可以提供良好的设计效果。基于频域分析法的控制回路设计由于其便捷性和适用性强而受到极其广泛的应用，基于该方法进行设计的前提是获取系统的频率特性。但在控制系统设计时，由于被控系统一般具有非线性强难以对其进行线性化处理，更难推导其传递函数，以至于无法获得系统的频率特性。

发明内容

为了解决现有技术中存在的不足，本发明旨在提供一种针对多领域、高刚度、强非线性Modelica系统模型的频率特性估算系统及方法，该方法通过Modelica语言构建系统的物理仿真模型，根据频域响应法中的扫频分析方法与原理，通过时域仿真在系统工作点处获取合适的IO数据进行处理，分析数据的频谱特性并将其换算为系统的频率特性。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种强非线性Modelica系统模型的频率特性估算系统，包括Modelica系统模型构建模块、频率估算输入模块、频率测试信号创建模块、Modelica系统模型求解模块、频率特性计算模块以及频率响应图绘制模块；

所述Modelica系统模型构建模块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的功能为根据所述频率估算输入模块的定义，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系统模型求解模块的功能为根据所述频率测试信号创建模块的测试信号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；