[发明专利]面向单机实时仿真的复杂流体网络稳定性建模方法

说明书

本发明提供了一种面向单机实时仿真系统的流体网络稳定性建模方法。其特征在于包括：建立复杂流体网络的元件动量模型；建立复杂流体网络动量模型；分析复杂流体网络动量模型的特性；根据显式定步长欧拉法的系统稳定性条件；确定自适应鲁棒算子保证复杂流体网络模型的稳定性。

技术领域

本发明涉及复杂流体网络实时仿真系统稳定性建模的方法，属于采用显式欧拉法求解复杂流体网络物质流过程的实时仿真领域。

背景技术

热工流体网络模型用于描述热力设备之间的热耦合关系，与管网的拓扑结构紧密相关，为设备模型提供压力、流量、温度等计算的边界条件。流体网络一般由管道、阀门、风机、泵等基本设备组成，在工质流动过程中完成物质和能量的交换。流体网络应用广泛，包括飞行器的环境控制系统、电站热力系统、天然气输送系统等。建立通用的、能适用于复杂拓扑结构的流体网络建模方法具有重要实际应用意义。

实时仿真技术是在考虑实时仿真算法、仿真系统时序、时间同步的基础上，对实际系统进行的动态仿真。与单纯计算机数字仿真相比，实时仿真的最大优势在于虚拟仿真系统以物理时间同步为前提，能直接作用于实际硬件，无需事先对复杂硬件进行模型建立、模型校验等复杂过程，即可进行大系统仿真实验。采用实时仿真技术可实现“虚实结合”的子系统验证与考核，不但能够大大地缩短系统研发周期，还能够有效降低系统研发成本。

但实时仿真的问题在于，由于其硬件在环特性，要求实时仿真系统需要采用固定时间步长求解系统方程，加上流体网络的复杂性，稳定性较好的隐式求解算法难以在大型复杂流体网络仿真中扩展应用。

发明内容

本发明提出采用显式欧拉法求解复杂流体网络实时仿真的稳定性建模方法，保证系统仿真的实时性和流体网络参数变化时系统方程求解的稳定性。

实际复杂流体网络的建模仿真往往采用隐式求解算法作为系统求解器，由于隐式求解器收敛性好，在流体网络参数调整时，系统能保持较好的收敛性。然而，隐式求解算法通过对每个积分步进行多次迭代求解系统方程的过程，导致隐式求解器求解效率差，难以保证流体网络实时仿真的实时性。针对复杂流体网络实时仿真的实时性需求，提出采用显式欧拉法作为系统求解算法建立复杂流体网络系统模型。然而，当流体网络参数变化时，系统模型容易产生刚性并导致求解难以收敛，针对系统稳定性问题，本发明提出了自适应鲁棒算子，当系统参数任意变化时，均能在保证系统求解实时性的同时保证系统稳定性，从而提出面向实时仿真的复杂流体网络稳定性建模方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种面向单机实时仿真的复杂流体网络稳定性建模方法，其特征在于包括：

建立复杂流体网络的元件动量模型；

建立复杂流体网络动量模型；

分析复杂流体网络动量模型的特性；

提出显式定步长欧拉法的系统稳定性条件；

建立复杂流体网络稳定性自适应鲁棒算子，保障复杂流体网络参数变化时系统仿真的稳定性。

说明书附图

图1是适用于本发明的温湿度控制系统通风流体网络模型原理图。

图2显示了显式欧拉法收敛域。

图3显示了阀门开度调整时系统特征值的变化。

图4显示了阀门开度调整时系统条件数的变化。

图5显示了阀门开度调整为8％时的系统流量响应曲线。

图6显示了阀门开度调整时改进后的系统特征值变化。

图7显示了阀门开度调整为8％时改进后的系统流量响应曲线。

图8显示了根据本发明的一个实施例的复杂流体网络实时仿真稳定性建模方法的流程图。