复杂机电系统多领域约束模型耦合关系与求解算法研究

This project is mainly discussed in areas under a unified multi-domain framework, For complex products, the unified constraint expression of simulation optimization model and critical theory in the process of solving. On the basis of studying the design and analysis process of complex products, using the unified constraint modeling methods of complex systems, for multi-domain physical systems, establish its mechanical, electronic, hydraulic and control system model cell library respectively, using the physical-mathematical model mapping mechanism, the multi-domain simulation optimization model of complex product is established; study the complex coupling between multi-domain constraint model of the system, analyze the parameters sensitivity of unified constraint expression model and reduce the restraint scale; Using the principle of global satisfaction as far as possible, to achieve coordination of multi-domain constraints based on the component level, solving the Large-scale multi-domain unified simulation optimization model with the homotopy iteration method, in order to lay a common theoretical basis for the CAD / CAE innovative design of complex products, and provide the critical enabling technology.

本项目主要研究在多领域统一框架下，复杂机电产品仿真优化模型统一约束表达及求解过程中的关键理论。在研究复杂机电产品的设计和分析过程的基础上，采用统一约束的复杂系统建模方法，针对多领域物理系统，分别建立机械、电子、液压、控制等领域系统的模型单元库，利用物理-数学模型的映射机制，建立复杂机电产品多领域仿真优化模型；研究复杂系统多领域约束模型的耦合关系，对统一约束表达模型进行参数灵敏度分析并缩小约束规模；采用全局综合满意度尽量大的原则，实现基于部件级多领域约束协调，并用同伦迭代法对处理后的大规模多领域统一仿真优化模型进行求解，从而为复杂机电产品的CAD/CAE创新设计奠定共性理论基础，并提供关键的使能技术。

本项目针对复杂机电系统，在多领域统一框架下研究其仿真模型和优化求解过程中的关键理论。针对多领域物理系统，分别建立机械、电子、控制等领域系统的模型单元，利用物理-数学模型的映射机制，建立复杂机电产品仿真优化模型，研究系统的耦合关系及各领域组件模型的非因果表达及可重用机制。针对机械系统中常用的永磁同步电机驱动系统，建立基于矢量控制的永磁同步电机驱动系统模型，设计了一种过调制控制策略，以提高逆变器直流母线电压利用率为目的，用电压零矢量作用时间来判断过调制的区域，将这种过调制算法应用于永磁同步电机驱动控制系统的弱磁运行区域中，扩展了电机的稳态弱磁运行区域，增大电机弱磁运行时的输出转矩和功率，并对由过调制引入的电流谐波对电机运行性能的影响进行了分析。通过对驱动系统进行仿真试验，验证控制策略的正确性，并讨论了因过调制引起的电机转矩脉动与电流谐波反馈对于逆变器输出电压谐波的影响。实现永磁同步电机驱动系统在同一平台上各领域系统模型的耦合。