X语言、方法及工具——支持MBSE的新一代一体化建模仿真技术体系

在当前基于模型的系统工程(MBSE)实践中,基于现有的建模语言、方法与工具,仍难以实现系统设计与仿真验证之间真正的闭环,因此无法完整体现MBSE的全部价值。针对这一问题,本研究较为系统地介绍了新一代建模仿真语言——X语言及其技术体系,具体包括混合系统建模框架——XDEVS,X语言架构及基本要素,X语言支持下基于建模仿真的系统工程方法论——X-SEM,以及面向X语言的建模仿真软件——XLab。基于X语言技术体系可以实现全系统统一建模和一体化仿真验证。最后用一个案例展示了基于X语言及其工具并遵循X-SEM方法论的系统开发过程。

高频雷达中射频干扰的RD图表现机理与建模仿真

射频干扰对于高频超视距雷达是一大威胁。本文研究射频干扰的距离-多普勒图表现机理和建模方法,分析了射频干扰频域特性与距离-多普勒图表现的关系,讨论了雷达信号处理中的射频干扰信号频谱变化。根据高斯白噪声通过线性滤波器的特性,设计滤波器响应函数来产生不同频谱和距离-多普勒图形态的射频干扰。基于以上研究,本文将射频干扰分为单频、窄带和宽带3类,归纳出射频干扰的距离-多普勒图表现机理,并提出了基于卷积的射频干扰新型建模方法。实测数据和仿真表明:本文对射频干扰距离-多普勒图表现机理分析合理,建模方法能很好地模拟多数实测干扰距离-多普勒图形态。

基于多智能体的指挥控制软件可靠性建模仿真方法

为解决现有可靠性分析和评估方法不能完全应对软件复杂网络特性的问题,提出基于多智能体(Agent)的指挥控制软件可靠性建模仿真方法,包括系统建模仿真和可靠性建模仿真,并实现软件系统可靠性建模仿真平台,以某指挥控制软件系统为对象进行实例应用,分别实施故障传播仿真分析和可靠性建模仿真分析,完成软件系统可靠性分析和评估,验证了所提出方法的有效性和可行性。

氧化铝生产多效蒸发器建模仿真

作为氧化铝生产过程的关键工序,多效蒸发工序的设备较多、操作复杂,蒸发过程涉及到的变量众多、变量之间的耦合关系很复杂,给现场操作带来了一定挑战。蒸发器蒸水量和汽水比(新蒸汽用量与蒸水量比值)是蒸发工序考核的重要指标,其数值大小直接影响到蒸发工序操作成本。尤其在蒸汽不足时,蒸发效果直接影响到母液浓度,甚至影响整个生产流程及产能,最终影响到企业的竞争力。调查发现,现场操作基本以经验为主,调整工艺参数未能到达预期目的,有时甚至出现相反效果,致使蒸发器潜能未能充分发挥,生产条件未能达到最优。基于物料衡算、能量衡算,借助流程模拟软件,搭建氧化铝生产逆流多效蒸发工艺等效物理模型,对拜尔法氧化铝生产多效蒸发工序工艺参数进行分析,探究不同工艺参数对蒸水量(汽耗)的影响规律,为蒸发工序实际操作提供理论指导,进而实现氧化铝生产节能、减排目的,助力氧化铝企业绿色低碳可持续发展。

基于建模仿真软件的汽车发动机设计

为提高发动机的性能与运行平稳性,本文以某三缸发动机为研究对象,采用Excite Designer软件进行建模仿真,重点关注平衡轴系统的设计与实现,并深入探讨配重块尺寸公差对平衡率的影响。首先对建模仿真软件进行介绍;其次,详细阐述平衡轴系统模型;接着,对平衡轴与配重块尺寸公差进行设计;最后,深入研究与探索了配重偏移对平衡率的影响。通过建模仿真,得出配重块尺寸公差对平衡轴系统性能的影响规律,为汽车发动机设计与优化提供有益的指导与参考。

港口航道通过能力建模仿真研究

以北煤南运重点港口山东梁山港为例,通过建模仿真的研究方法,探讨未来梁山港实现5000万吨每年装载能力后北运河主航道的通行能力保障问题。仿真分析中比较拓宽港区主航道、增加掉头航道等通过能力保障措施,发现均不能满足该装载量需求。最终认为北运河梁山港应借鉴南运河无锡港设计思路,在港区东侧建设主航道绕行航道,可使梁山港大运力条件下对主航道通过能力的影响压缩到最低。

房地产市场多智能体系统建模仿真研究

房地产市场多智能体系统建模仿真研究主要探索了在复杂房地产市场环境中,如何通过构建和模拟多智能体系统,实现对房地产市场动态的精准预测。该研究结合了经济学、计算机科学和人工智能等领域的理论知识,提出了一种全新的房地产市场预测模型。通过对多个房地产市场实例的仿真实验,验证了该模型的有效性和可行性。该研究为房地产市场的决策者提供了一种新的决策工具,有助于更好地了解和应对市场变化。

基于建模仿真软件建立直升机海上救援模型

海上直升机救援在救灾和海上事故中发挥着重要作用。本文基于建模仿真软件建立了直升机海上救援模型,详细介绍了建模过程和设计思想。该模型使用模拟分析技术模拟和分析救援场景,为救援决策提供支持。通过模型的实现和应用,验证了模型的可行性和有效性,为直升机海上救援研究提供了一定的参考价值。S-76D直升机是海上救援行动的流行机型,基于建模仿真软件对S-76D直升机海上救援过程进行模拟,模拟包括动画和动态模拟动作示例。

基于Anylogic的道路堵塞优化建模仿真

本文通过Anylogic仿真平台,以某个经常在高峰期发生堵塞的道路为研究对象,通过调查掌握了其红绿灯时间后,建立了该道路的车流量仿真模型。并建立了优化系统,对红绿灯时间进行优化调整。最终获得了能够使车辆停留时间减少68.71%的红绿灯调度方案。

农药喷雾系统建模与仿真技术研究综述

农药使用效果与农药喷雾过程密切相关,农药喷雾过程的建模与仿真可弥补因植物生长周期差异、病虫害发生程度不同以及田间作业自然环境不可控等造成的试验研究困难。分析农药施用的抗性、再增猖獗、残留(resistance,resurgence,residue,3R)/效果、效率、生态(efficacy,efficiency,eco-environment,3E)/方法、模型、测试(method,model,measurement,3M),重点综述农药喷雾过程的雾化、输运、沉积等关键环节的模拟仿真研究状况。根据模拟仿真技术发展趋势,提出农药喷雾半实物仿真系统设计的建议,并提出雾化模型及新型喷头雾化机理、群体农药雾滴多相流场模拟、靶标定制与识别模型、综合农药雾滴飘移模型、植物生长模型与农药喷雾系统耦合等建议,以促进原创农药精确喷雾技术研究和高质量植保机械研发。

基于宏微观多尺度建模的校园疫情演化仿真研究

校园师生人群聚集密度高,是疫情防控的重点和难点。基于现有宏微观尺度的研究,提出使用多尺度建模仿真分析校园内新冠疫情的演化趋势和防控方案的绩效。宏观建模采用易感-潜伏-传染-恢复(SEIR)模型,输出无症状患者和有症状患者数量随时间变化的曲线,研究疫情演化趋势;微观建模采用离散事件建模仿真和基于智能体建模,对个体学生的在校行为和疫情演化进行微观仿真,模拟新冠病毒在校园内的人传人过程。并通过案例研究,验证错峰上学、核酸检测“每天一检”并隔离阳性患者方案的有效性,通过对参数的灵敏度分析识别关键参数。结果表明,多尺度疫情建模仿真方法,从不同的角度和层级揭示了校园疫情的演化过程,可为校方优化防疫方案提供参考。

100%新能源电源经柔性直流送出系统的机电暂态建模仿真研究

100%新能源电源经柔性直流送出系统是一种新能源基地送出的重要形式,目前常用的机电暂态仿真软件尚无对应算法与模型可对其进行建模仿真。为此,分析100%新能源电源经柔性直流送出系统的基本控制原理,提出无同步机情况下“新能源+柔性直流系统”的机电暂态仿真一般结构,建立此系统中柔性直流输电系统的电压频率(Vf)控制模型,柔性直流采用电压源模型接入,以解决电流源模型接入时易产生的数值振荡问题。基于DSP软件建立仿真模型,构建直驱风电机组、光伏发电经柔性直流送出系统的仿真案例,将所建立模型与PSCAD电磁暂态模型进行仿真结果比对,同时开展所建立模型在新能源功率波动和系统短路故障等不同扰动情况下的响应分析,仿真结果验证了所提建模方法的有效性。

履带式特种车辆精细化动力学建模与仿真

履带车辆动力学模型是车辆结构优化设计与控制算法开发、测试与标定的基础。基于商业软件所搭建模型的动力学方程及梯度信息对用户未知,极大地限制了结构参数与控制参数的优化效率。此外,现有商业软件求解效率低、实时性差,影响了控制算法开发进度。针对上述问题,基于多体动力学推导建立可同时满足纵横垂耦合运动仿真需求的履带车辆精细化动力学模型并进行仿真。建立考虑空间三维耦合运动的车体动力学模型以及精细到履带板的履带链动力学模型。通过计算履带板与各部件相互作用力,将车体模型、履带链模型以及地面相关联,最终构建190自由度的履带车辆动力学模型。在加速、刹车与转向等工况下与ATV(ADAMS Tracked Vehicle Toolkit)进行对比,结果表明自主开发的仿真模型纵横垂向运动仿真结果与商业软件高度一致,验证了新方法的准确性。

水下无人潜航器内部磁场有限元仿真建模及其分布特性

针对水下无人潜航器(UUV)磁场分布特性的研究需求,利用有限元仿真软件COMSOL Multiphysics对UUV的磁场分布进行建模和仿真。分析UUV内部磁场来源及分布情况;对比分析磁偶极子理论计算与COMSOL磁场建模仿真,探讨利用COMSOL软件模拟方法开展磁场建模的可行性;运用COMSOL仿真软件,构建UUV几何模型,求解分析UUV平台干扰磁场分布特性。建模和仿真结果表明,利用COMSOL仿真软件实现磁偶极子建模是正确可靠的,UUV平台中后部磁感应强度最强,艏艉处磁感应强度最小,约为20 nT,为UUV平台的磁传感器安装位置和低磁性优化设计提供了依据。

集成式电子液压线控制动系统建模与仿真

为了解决线控制动系统模型复杂、仿真困难等问题,文章针对一款常见的集成式电子液压线控制动(integrated electronic hydraulic brake,I-EHB)系统,推导其数学模型并进行仿真分析;在MATLAB/Simulink中搭建线控制动系统的仿真模型,设计比例积分微分(proportion integration differentiation,PID)制动控制器,实现对集成式电子液压线控制动系统的压力控制。仿真结果表明:该线控制动系统在PID控制器作用下实际输出压力值能够较好地跟随理想压力值,可以提供较好的制动效果。该文的研究对于线控底盘的开发具有积极推动作用。

变电站电磁环境监测布点建模仿真研究

针对变电站电磁环境自动监测站布点方案普遍存在的效率不高、科学性不足等问题,以某500 kV变电站电磁环境自动监测站选址为例,通过建模仿真得到该变电站工频电场和工频磁场的空间分布,并实测验证了仿真结果的准确性。通过统计该变电站工频电场和工频磁场的空间分布特征,提出了基于变电站空间场强分布特征的自动监测站布点方案,建议优先在场强中位数分界线附近区域布点,以更好地反映变电站电磁环境。研究结果可指导变电站电磁环境自动监测站选址,提高变电站电磁环境监测布点的科学性,提升监测效率。

农机用先导式减压阀建模及故障仿真研究

阐述农机常用先导式减压阀工作原理,利用AMESim软件建立阀的仿真模型,仿真分析主阀阻尼孔堵塞、主阀阀芯卡滞、先导阀弹簧疲劳等常见故障工况下先导式减压阀工作时的动态特性。仿真结果表明:应用AMESim软件仿真能够真实地模拟先导式减压阀实际工作时的各类故障响应,为快速、准确地诊断先导式减压阀及类似液压元件故障提供一种新的方法与依据,大大降低了故障诊断时间,提高了整机工作效率。

基于高精度数字温度传感器测试系统及建模仿真

本文针对高精度温度传感器测温效率低,提出了一种高精度批量测温系统及其测试方法,且具有多芯测试能力。针对铂电阻PT100测试精度低,提出了分类法、二分扫描法、逐次逼近法对铂电阻PT100进行校准,校准后在-65℃~145℃温度区间最大测温误差值由0.412℃变为0.021℃,测温精度提升94.9%。同时建模仿真了系统的稳定性、测温时间和测温精度,首先对恒温装置外壁到内壁和内部腔体冷流体的对流换热进行传热学建模,仿真结果表明恒温装置只需75.2 s便能够达到热平衡;接着对待测电路发热、基座散热、校准后铂电阻进行综合热仿真建模,仿真结果表明系统测温精度可达0.016℃;最后对几款经典高精度温度传感器的外温和内温进行测试验证,结果表明系统能够对0.031℃测温精度的温度传感器进行测试,系统能够很好满足测温需求。

固体氧化物燃料电池/燃气轮机混合动力系统建模仿真研究进展

固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)工作温度高,阳极可发生燃料内重整反应,具有较高的燃料灵活性,同时可与燃气轮机(Gas Turbine,GT)构成固体氧化物燃料电池/燃气轮机(SOFC/GT)混合动力系统进一步提高系统效率。SOFC/GT混合动力系统一般分为底层和顶层循环2种,考虑到SOFC/GT示范性工程有限且建造成本高,一般采用数学建模仿真方法开展SOFC/GT研究。与单独SOFC或GT模型不同,常采用热力学建模仿真对SOFC/GT系统性能进行分析优化。介绍了SOFC/GT混合动力系统常用热力学模型,并对目前SOFC/GT混合动力系统常见稳态和动态热力学建模工作展开综述,考虑到现阶段SOFC/GT混合动力系统多采用商业化软件(Aspen Plus、COMSOL、gPROMs等)建模,建模功能有限、不易拓展,后续工作可基于Matlab、Python等软件进行开源代码的编程;现阶段主要围绕系统级集总模型开展分析,无法准确描述燃料电池的局部特性,后续工作可在SOFC/GT建模中引入一维甚至更高维度的SOFC模型进一步提高建模精度。

浅析基于AMESim的气液联合式液压破碎锤建模与仿真

本文利用AMESim仿真软件HCD液压元件设计模块,建立气液联合式液压破碎锤的缸体、活塞、控制阀体和控制阀芯模型,对破碎锤冲击岩石过程进行仿真,分析系统工作压力、氮气室初始压力等参数与破碎锤工作特性的关系,绘制活塞和阀芯运动规律曲线、冲击力随时间变化曲线、不同系统压力对稳定性的影响等曲线,得到破碎锤的最小稳定工作压力值和理想系统压力值,为破碎锤液压系统参数配置提供理论依据。