前页 后页

水箱压力调节器

在本节中，我们将逐步为水箱压力调节器创建SysML参数模型，该模型由两个相连的水箱，一个水源和两个控制器组成，每个控制器监视水位并控制阀门以调节系统。

我们将解释SysML模型，创建它并设置SysMLSim配置。然后，我们将使用OpenModelica运行仿真。

正在建模的系统

该图描绘了两个连接在一起的水箱，以及一个填充第一个水箱的水源。每个水箱都连接有一个比例积分（PI）连续控制器，该控制器将水箱中的水位调节到参考水位。当水源向第一个水箱注满水时，PI连续控制器会根据水箱的实际水位调节水箱的出水量。来自第一个水箱的水流入第二个水箱，PI连续控制器也试图对其进行调节。这是一个自然且非特定领域的物理问题。

创建SysML模型

零件

讨论区

端口类型

坦克有四个端口。将它们键入以下三个块：

  • ReadSignal：读取液位；具有单位为“ m”的属性“ val”
  • ActSignal：发送给执行器以设置阀位的信号
  • LiquidFlow：入口或出口处的液体流；它的属性为“ lflow”，单位为“ m 3 / s”

块定义图

LiquidSource：进入水箱的水必须来自某个地方，因此水箱系统中有一个水源组件，其flowLevel属性的单位为'm 3 / s'。端口“ qOut”键入为“ LiquidFlow”。

储罐：储罐通过端口连接到控制器和液体源。

  • 每个坦克有四个端口：
    -qIn：用于输入流量
    -qOut：用于输出流量
    -tSensor：用于提供液位测量
    -tActuator：用于设置阀门在出口处的位置
    坦克
  • 特性：
    -面积（单位='m 2 '）：储罐的面积，涉及质量平衡
           方程
    -h（单位='m'）：水位，与质量平衡有关
    方程;其值由传感器读取
    -flowGain（单位='m 2 / s'）：输出流量与阀门有关
    流量位置
          -minV，maxV：输出阀流量极限
BaseController：该块可以是PI Continuous Controller和PI Discrete Controller的替代。
  • 端口：
    -cIn：输入传感器电平
    -cOut：执行器控制
  • 特性：
    -Ts（单位='s'）：离散采样之间的时间段（未使用
    在这个例子中）
    -K：增益系数
    -T（单位='s'）：控制器的时间常数
    -参考：参考等级
    -错误：参考水平与实际水平之间的差异
    从传感器获得的水位
    -outCtr：执行器的控制信号，用于控制阀门
    位置
PIcontinuousController：从BaseController概括
  • 特性：
    -x：控制器状态变量

约束块

在时间= 150时，流量急剧增加到先前流量水平的三倍，这产生了一个有趣的控制问题，水箱的控制器必须处理该问题。

调节储罐性能的中心方程是质量平衡方程。

输出流量通过“ flowGain”参数与阀位置相关。

传感器仅读取罐的液位。

这些图中说明了为“ BaseController”和“ PIcontinuousController”定义的约束。

内部框图

这是具有单个储罐的系统的内部框图。

这是具有两个连接的储罐的系统的内部框图。

运行模拟

由于TankPI和TanksConnectedPI被定义为“ SysMLSimModel”，因此将在“模拟”页面上的“模型”的组合框中填充它们。

选择TanksConnectedPI ，并观察发生的这些GUI更改：

  • “数据集”组合框：将填充TanksConnectedPI中定义的所有数据集
  • “依赖”列表：将自动收集所有的块，约束，和SimFunctions由值类型TanksConnectedPI直接或间接引用（这些元素将作为Modelica的代码来生成）
  • “要绘制的属性”：将收集一长串“叶”变量属性（即它们没有属性）；您可以选择一个或多个进行模拟，它们将成为情节的传奇

创建工件并配置

选择“模拟>系统行为> Modelica / Simulink> SysMLSim配置管理器”

包中的元素将被加载到配置管理器中。

如下表所示配置这些块及其属性。

注意：默认情况下，未配置为“ SimConstant”的属性为“ SimVariable”。

块

物产

液体源

配置为“ SysMLSimClass”。

属性配置：

  • flowLevel：设置为“ SimConstant”

坦克

配置为“ SysMLSimClass”。

属性配置：

  • 区域：设置为“ SimConstant”
  • flowGain：设置为“ SimConstant”
  • maxV：设置为“ SimConstant”
  • minV：设置为“ SimConstant”

BaseController

配置为“ SysMLSimClass”。

属性配置：

  • K：设为“ SimConstant”
  • T：设置为“ SimConstant”
  • Ts：设置为“ SimConstant”
  • 参考：设为“ SimConstant”

PIcontinuousController

配置为“ SysMLSimClass”。

TankPI

配置为“ SysMLSimModel”。

TanksConnectedPI

配置为“ SysMLSimModel”。

设置数据集

右键单击每个元素，选择“创建仿真数据集”选项，然后配置该数据集，如下表所示。

元件

数据集

液体源

流量水平：0.02

坦克

h.start：0

流量增益：0.05

面积：0.5

最大V：10

minV：0

BaseController

电话：10

K：2

Ts：0.1

PIcontinuousController

无需配置。

默认情况下，特定的块将使用超级块的默认dataSet中的配置值。

TankPI

有趣的是，可以在“配置仿真数据”对话框中加载默认值。例如，将我们在每个Block元素上配置为默认dataSet的值作为TankPI属性的默认值加载。单击每一行上的图标，以将属性的内部结构扩展到任意深度。

单击确定按钮，然后返回到配置管理器。然后配置这些值：

  • tank.area：1会覆盖Tank Block数据集中定义的默认值0.5
  • piContinuous.ref：0.25

TanksConnectedPI

  • controller1.ref：0.25
  • controller2.ref：0.4

仿真与分析1

选择这些变量，然后单击求解按钮。该图应提示：

  • source.qOut.lflow
  • tank1.qOut.lflow
  • tank1.h
  • tank2.h

以下是结果分析：

  • 液体流量在时间= 150时急剧增加，达到0.06 m 3 / s，是先前流量水平（0.02 m 3 / s）的三倍
  • 如预期的那样，将Tank1的高度调整为0.25，将tank2的高度调整为0.4（我们通过数据集设置参数值）
  • 在模拟过程中，tank1和tank2均进行了两次调节。第一次调节流量为0.02 m 3 / s；第二次调节流量水平0.06 m 3 / s
  • 从Tank1流出之前Tank2为空

仿真与分析2

在示例中，我们将储罐的属性“ minV”和“ maxV”分别设置为0和10。在现实世界中，流速为10 m 3 / s时，需要在水箱上安装一个很大的阀门。

如果将“ maxV”的值更改为0.05 m 3 / s会发生什么？在以前的模型的基础上，我们可以进行以下更改：

  • 在TanksConnectedPI的现有“ DataSet_1”上，右键单击并选择“ Duplicate DataSet”，然后重命名为“ Tank2WithLimitValveSize”
  • 单击按钮进行配置，展开“ tank2”，然后在属性“ maxV”的“值”列中键入“ 0.05”
  • 在“模拟”页面上选择“ Tank2WithLimitValveSize”，并绘制属性
  • 单击求解按钮执行模拟

以下是结果分析：

  • 我们的更改仅适用于tank2； tank1可以像以前一样在0.02 m 3 / s和0.06 m 3 / s上调节
  • 当源流量为0.02 m 3 / s时，tank2可以像以前一样进行调节
  • 但是，当源流量增加到0.06 m 3 / s时，阀太小而无法使流出流量与流入流量相匹配。唯一的结果是tank2的水位增加了
  • 然后由用户来解决此问题。例如，更换为更大的阀门，减少源流量或制造额外的阀门
总而言之，此示例显示了如何通过复制现有的DataSet来调整参数值。
前页 后页