开关磁阻电机的Modelica模块化建模方法
陈琼忠，孟光（上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室，上海200240）
摘要：详述了开关磁阻电机驱动系统( SRD1的Modelica模块化建模方法，建立了SRD的模块化模型库，分析了Modelica建模方法相比丁传统商业软件如MATLAB/Simulink建模方法的优点。比较结果显示，SRD的Model，ca模型库的町重用性更强，该建模仿真方法能更直观地分析SHD的瞬态特性，尤其更易于组建大系统级模型，实现多领域物理系统的混合仿真。
关键词：开关磁阻电机：模块化建模；Modelica语言
中图分类号：TM352文献标识码：A文章编号：1673-6540( 2009) 12-0001-05
0 引 言
开关磁阻电机( SRM)可以说是一个矛盾体，其突出的优点和控制难点引起了各国学者极大的研究热情。SRM****受到航空等恶劣场合应用的青昧，但是SRM固有的双凸极结构及开关型工作特点，导致其运行过程中的转矩脉动和噪声问题较为显著，使其在民用领域起步较晚。目前，通过优化设计和控制，SRM的转矩脉动和噪声问题正逐步得到解决，使得SRM开始应用到一些伺服要求不太高的民用电器领域。
由于SRM的设计与控制必须针对具体场合提出，计算机辅助工程(CAE)技术对SRM的发展起着重要作用。建立SRM精确的数学模型、采用好的建模仿真分析方法，有助于提高SRM的研发效率，并推广SRM的应用。SRM的非线性数学模型已有较广泛昀研究，但其建模平台仍有较大的改进空间。目前较常采用的商业建模仿真软件如MATLAB/Simulink【1】、Simplorer【2】等，由于其本身是一种冈果性联系的建模方法，注定了模块间计算过程的数据流是单向的。因此，系统中某一模块的微小变动可能需要对整个系统模型进行较大修改，导致模型的可重用性不高。为了增强模型的可重用性，本文基于非因果联系建模思想，采
用新一代的统一建模语言规范-Modelica，建立了SRM驱动系统(SRD)的模块化模型库，使得模型具备真正通用化的特点。本文重点讲述了SRM的Modelica模块化建模过程，并比较分析了该建模思想不同于传统的MATLAB/Simulink建模方法的优点。
l Modelica简介
由于现代复杂机电产品通常具有机、电、液、控等多领域耦合特征，多领域物理系统混合建模与仿真正成为现代CAE技术的关键及发展趋势。以往的商业仿真软件在处理酒盖多领域物理系统的问题时，总是存在或多或少的问题。Modelica语言正是在此背景下诞生的一种开放式的、公用的新一代多领域物理系统统一建模语言规范，Modelica语言着力于解决涵盖多领域物理系统的耦合问题。该语言的优点在于面向对象性和非因果性。Modelica的面向对象性基于DAE来描述不同物理系统，将研究对象分解为数学形式描述的最小对象，然后封装，以对象图的形式保存。DAE方程是一种有别于一般商业建模仿真软件所采用的ODE方程的中性模型方程表达方式。DAE方程的Pantelides算法使得Modeiica建模具有非因果联系的特点，从而不必更多地考虑计算的顺序，可极大地增强模型的可重用性。
DVmola是最早支持Modelica语言的CAE仿真平台，其主要具有快速的图形化建模、j放式的程序接口、三维动画和实时仿真等特点。文献[3]从是否支持系统解祸建模、设计优化，是否模块化、易扩展化、透明化等方面比较了Atosec5、Simulink、Spice、Saber、Krean和Dvmola等仿真软件，结论是Dvmola兼具这些优点。而其他软件则只具备部分优点。
图1所示为基于Modelica/Dymola平台的建模及仿真流程图。其中，虚线框部分为用户层面的二次开发部分。
2 SRD的Modelica模块化建模
2.1 SRD模型架构
模块化建模是把待研究对象按功能或层次合理地划分为若干个组成部分，每个部分用一个或几个模块来表示，然后把这些模块按一定关系构成研究对象。Modelica模块化建模过程如下：首先通过自上而下( Top-down)的方法将研究对象系统划分成各功能子系统或元件；其次采用自下而上( Bottom-up)的方法对各元件或子系统进行建模，并根据Modelica模型的继承性和层次化的特点，将下一级模型拼装成上一级模型，直至组成最终所需的系统模型。图2为Modelica建模过裎的示意图，包含系统拆分和模型搭建过程。
| 
