[发明专利]一种基于迭代法的电气仿真方法

说明书

本发明公开了一种基于迭代法的电气仿真方法，具体包括如下步骤：S1、在初始化时，读入网表文件；同时读入仿真配置文件；S2、构造Jacobian初始矩阵；S3、初始化本次非线性迭代的起始求解向量、右端项；S4、进入求解方程的非线性迭代求解过程；S5、对Jacobian矩阵进行预处理；S6、采用Krylov子空间迭代法求解矩阵方程；S7、根据迭代结果，进行收敛判断；S8、根据求解向量和右端项状态与收敛准则进行比较，综合判断当前非线性迭代求解收敛条件是否成立；S9、当步骤S8收敛判断成立时，当前步长迭代结束。本发明采用Krylov子空间迭代法，替代通用求解器中对Jacobian矩阵进行三角分解求解方程的方法，可以有效改进大系统仿真的收敛性能，从而有效提高求解效率。

技术领域

本发明涉及计算机虚拟仿真技术领域，具体为一种基于迭代法的电气仿真方法。

背景技术

电气仿真技术广泛应用于航空、航天、舰船、兵器以及轨道交通等复杂电气系统的设计，目前通用的求解技术普遍采用直接法求解系统仿真模型。随着多电、全电技术的发展，独立供电系统越来越复杂，采用直接法进行复杂电气系统仿真时，求解过程中面临着系统发散、效率低下等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于迭代法的电气仿真方法，以解决上述背景技术中提出的问题，以便提高复杂电气系统仿真的收敛性能和求解效率。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于迭代法的电气仿真方法，具体包括如下步骤：

S1、在初始化时，读入网表文件；同时读入仿真配置文件；

S2、根据步骤S1导入的网表文件中的信息，基于节点电压法，建立求解方程，构造Jacobian初始矩阵；

S3、根据向量解状态，初始化本次非线性迭代的起始求解向量、右端项，并根据上一步向量解状态，给定当前时刻的步长；

S4、进入求解方程的非线性迭代求解过程：如果当前运算为当前时刻的第一次求解运算，则根据步骤S3提供的步长和初始向量解，更新Jacobian矩阵元素和右端项；如果当前运算不是当前时刻的第一次求解运算，则根据步骤S6计算得到的临时向量解，更新Jacobian矩阵元素和右端项；

S5、对Jacobian矩阵进行预处理，以减小系数矩阵的条件数；根据所选择的预处理子，对右端项同步进行处理；

S6、采用Krylov子空间迭代法求解矩阵方程；

S7、根据迭代结果，进行收敛判断，当矩阵求解收敛后，进入步骤S8，否则返回步骤S6，继续迭代求解当前矩阵，直到迭代收敛；当超过最大迭代次数仍然不收敛时，给出警告信息；

S8、根据求解向量和右端项状态与收敛准则进行比较，综合判断当前非线性迭代求解收敛条件是否成立，当收敛条件不成立时，将迭代得到的解向量代入到Jacobian矩阵和右端项中，重新更新方程系数和激励元，进行方程求解，直到非线性求解收敛；当非线性迭代超过设定的最大迭代次数仍然不收敛时，减小步长重新进行迭代求解；

S9、当步骤S8收敛判断成立时，当前步长迭代结束；根据当前仿真时刻，判断仿真任务是否完成，若已达到设定的结束时间，则结束仿真，否则根据变步长算法，返回到步骤S3，设定步长、初始化下一个步长对应的解向量，重复步骤S3～S7过程。

优选的，所述步骤S3中非线性迭代采用牛顿-拉斐逊算法，步长的算法采用变步长运算。

优选的，所述步骤S1中的网表文件包括元件类型信息、元件管脚节点连接信息、元件模型参数信息。

优选的，所述步骤S1中的仿真配置文件包括收敛相关参数、变步长相关参数和积分算法。