專(zhuān)利名稱(chēng)：高速列車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)耦合仿真方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及仿真控制，尤其是多變量子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)耦合控制仿真技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在高速運(yùn)行環(huán)境下，高速列車(chē)的運(yùn)行安全性是需要關(guān)注的主要目標(biāo)之一，而這又取決于高速列車(chē)動(dòng)力學(xué)決定的高速列車(chē)性能本身。高速列車(chē)運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，動(dòng)力學(xué)性能受到軌道線(xiàn)路、接觸網(wǎng)、周邊氣流等的復(fù)雜耦合作用影響。然而在現(xiàn)有的高速鐵路研究體系中，研究者們主要開(kāi)展單子系統(tǒng)或局部耦合的仿真研究，單子系統(tǒng)的研究如高速列車(chē)動(dòng)力學(xué)、高速弓網(wǎng)動(dòng)力學(xué)、高速列車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)等，對(duì)于高速列車(chē)耦合系統(tǒng)的研究多是基于兩個(gè)系統(tǒng)的，比較典型的有高速列車(chē)和軌道線(xiàn)路(含橋梁)之間的車(chē)-線(xiàn)(橋)耦合動(dòng)力學(xué)，高 速列車(chē)與周邊流場(chǎng)間的流固耦合動(dòng)力學(xué)，這些研究都只部分考慮了高速列車(chē)運(yùn)行性能相關(guān)的影響因素，不能全面反映高速列車(chē)的運(yùn)行品質(zhì)。因此，為全面反映高速列車(chē)的運(yùn)行品質(zhì)，必須把高速列車(chē)與高速鐵路其他相關(guān)子系統(tǒng)耦合起來(lái)進(jìn)行作為整體進(jìn)行高速列車(chē)耦合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真研究。而目前沒(méi)有成熟的商業(yè)軟件可以進(jìn)行高速列車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的仿真計(jì)算研究，因此必須構(gòu)建一種考慮多子系統(tǒng)相互作用的、且適合于當(dāng)前高速列車(chē)性能仿真研究的耦合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算方法。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是研究提供一種高速列車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)耦合仿真方法，使之克服現(xiàn)有技術(shù)的以上缺點(diǎn)。本發(fā)明的目的是通過(guò)如下的手段實(shí)現(xiàn)的。高速列車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)耦合仿真方法，在基于接口的多設(shè)備參數(shù)、多領(lǐng)域間的相互作用關(guān)系及控制參數(shù)的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)協(xié)同仿真基于仿真步長(zhǎng)級(jí)的多向耦合控制，采用如下的手段，協(xié)調(diào)仿真步長(zhǎng)不一致的各子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)耦合控制仿真(I)根據(jù)子系統(tǒng)的仿真步長(zhǎng)，將子系統(tǒng)劃分為三層，第一層包括列車(chē)子系統(tǒng)、線(xiàn)路子系統(tǒng)和弓網(wǎng)子系統(tǒng)，該層的仿真步長(zhǎng)記為S=5X10_5s，耦合仿真控制步長(zhǎng)記為SI1=5X 10_5s，第二層為空氣動(dòng)力學(xué)子系統(tǒng)，該層的耦合仿真控制步長(zhǎng)記為SI2=1 X 10_3s，第三層為牽引供電子系統(tǒng)，該層的耦合仿真控制步長(zhǎng)記為SI3=1 X KT1S,并設(shè)置耦合仿真結(jié)束條件；(2)為每個(gè)層次設(shè)置一個(gè)累積仿真步長(zhǎng)，第一層累積仿真步長(zhǎng)記為SA1，第二層累積仿真步長(zhǎng)記為SA2，第三層累積仿真步長(zhǎng)記為SA3，并初始化SA1=0，SA2=0, SA3=0 ；(3)初始化各子系統(tǒng)間的耦合關(guān)系接口數(shù)據(jù)；(4)加載各子系統(tǒng)仿真模型，初始化各子系統(tǒng)；(5)各層累積仿真步長(zhǎng)值增加第一層仿真步長(zhǎng)值，并作如下判別I)如果第一層累積仿真步長(zhǎng)值大于等于第一層耦合仿真控制步長(zhǎng)值，即SAD=SIl,則更新第一層子系統(tǒng)間的耦合關(guān)系接口數(shù)據(jù)，激活第一層子系統(tǒng)進(jìn)行單步長(zhǎng)仿真計(jì)算，否則仿真退出并告警(告警是因?yàn)榈谝粚邮亲钚∮?jì)算單元，如果該層無(wú)法計(jì)算，說(shuō)明程序存在異常)；2)如果第二層累積仿真步長(zhǎng)值大于等于第二層耦合仿真控制步長(zhǎng)值，即SA2>=SI2，則更新第一和第二層子系統(tǒng)間的耦合關(guān)系接口數(shù)據(jù)，激活第二層子系統(tǒng)進(jìn)行單步長(zhǎng)仿真計(jì)算，否則跳到(7)，判別程序是否結(jié)束；3)如果第三層累積仿真步長(zhǎng)值大于等于第三層耦合仿真控制步長(zhǎng)值，即SA3>=SI3，則更新第一、第二和第三層子系統(tǒng)間的耦合關(guān)系接口數(shù)據(jù)，激活第三層子系統(tǒng)進(jìn)行單步長(zhǎng)仿真計(jì)算，否則跳到(7)，判別程序是否結(jié)束；(6)子系統(tǒng)被激活進(jìn)行單步長(zhǎng)仿真，各子系統(tǒng)被激活進(jìn)行單步長(zhǎng)仿真計(jì)算時(shí)，其計(jì)算流程相同，以列車(chē)子系統(tǒng)為例，其流程如下
I)激活列車(chē)子系統(tǒng)仿真計(jì)算；2)獲取系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)，系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)是指該子系統(tǒng)上一次仿真計(jì)算結(jié)果中需要作為本次仿真的輸入條件的數(shù)據(jù)，在第一步仿真計(jì)算時(shí)，系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)為該子系統(tǒng)的初始化數(shù)據(jù)；3)獲取耦合輸入數(shù)據(jù)，系統(tǒng)耦合數(shù)據(jù)是指有耦合關(guān)系的相關(guān)子系統(tǒng)作用于該子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，作為該子系統(tǒng)的邊界輸入條件，由有耦合關(guān)系的相關(guān)子系統(tǒng)在上一次仿真計(jì)算時(shí)生成，在第一步仿真計(jì)算時(shí)，耦合輸入數(shù)據(jù)為相關(guān)子系統(tǒng)的耦合關(guān)系接口數(shù)據(jù)的初始化數(shù)據(jù)；4)列車(chē)子系統(tǒng)單步長(zhǎng)仿真計(jì)算，列車(chē)子系統(tǒng)利用給定的仿真步長(zhǎng)、輸入條件和邊界條件，進(jìn)行一次仿真計(jì)算，SAl的值增加列車(chē)子系統(tǒng)的仿真步長(zhǎng)值；5)輸出系統(tǒng)單步仿真結(jié)果數(shù)據(jù)，該結(jié)果數(shù)據(jù)包含兩部分內(nèi)容系統(tǒng)中間數(shù)據(jù)和系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)，系統(tǒng)中間數(shù)據(jù)是指該子系統(tǒng)本次仿真計(jì)算結(jié)果中需要作為下一次仿真的輸入條件的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)是指該子系統(tǒng)本次仿真計(jì)算結(jié)果中用于后處理應(yīng)用分析的數(shù)據(jù)；6)生成耦合輸出數(shù)據(jù)，耦合輸出數(shù)據(jù)是作用于有耦合關(guān)系的相關(guān)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，經(jīng)耦合作用更新相關(guān)子系統(tǒng)間的耦合關(guān)系接口數(shù)據(jù)后，作為這些子系統(tǒng)的邊界輸入條件；7)列車(chē)子系統(tǒng)計(jì)算等待，本次仿真計(jì)算完成后，列車(chē)子系統(tǒng)等待下一次仿真激活；(7)判斷是否滿(mǎn)足仿真結(jié)束條件，如果滿(mǎn)足條件，則仿真結(jié)束退出，否則，返回到第(5)步,繼續(xù)仿真。采用本發(fā)明方法，實(shí)現(xiàn)了高速列車(chē)各子系統(tǒng)間基于仿真步長(zhǎng)級(jí)的多向耦合仿真，可以滿(mǎn)足各子系統(tǒng)間關(guān)系復(fù)雜的耦合仿真應(yīng)用需求。同時(shí)，本發(fā)明方法考慮了耦合計(jì)算穩(wěn)定性及精確性保障措施，提高了耦合邊界數(shù)據(jù)的精度，并最終提高整個(gè)協(xié)同仿真系統(tǒng)耦合計(jì)算的精度，將高速列車(chē)與周邊環(huán)境作為一個(gè)整體進(jìn)行研究，更準(zhǔn)確地反映出高速列車(chē)運(yùn)行時(shí)的動(dòng)力學(xué)性能，提高了仿真研究的準(zhǔn)確性。。


圖I耦合子系統(tǒng)在耦合器作用下的仿真流程2多層次的耦合仿真步長(zhǎng)控制系統(tǒng)描述圖
圖3分布式高速列車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)耦合計(jì)算流程及仿真同步控制算法框圖。
具體實(shí)施例方式下面，結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步的詳述。在采用圖3所示分布式高速列車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)耦合計(jì)算流程及仿真同步控制中，耦合器(同圖3中的中間件服務(wù)器)是聯(lián)接各子系統(tǒng)實(shí)施耦合計(jì)算的關(guān)鍵。各子系統(tǒng)在耦合器的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行仿真的時(shí)空同步推進(jìn)，通過(guò)求解高速列車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)耦合關(guān)系模型，更新各子系統(tǒng)的仿真計(jì)算邊界，驅(qū)動(dòng)相關(guān)子系統(tǒng)間實(shí)施耦合作用，最終實(shí)現(xiàn)高速列車(chē)-線(xiàn)路-弓網(wǎng)-牽引供電-列車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)子系統(tǒng)間基于積分步長(zhǎng)級(jí)的耦合計(jì)算，達(dá)到對(duì)高速列車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真的目標(biāo)。耦合器的基本功能包括I)耦合計(jì)算流程控制功能可以控制高速列車(chē)各耦合計(jì)算子系統(tǒng)的啟動(dòng)、等待和
停止;2)耦合計(jì)算組織功能可以按用戶(hù)所提的全耦合或部分耦合計(jì)算需求自適應(yīng)組織相應(yīng)的計(jì)算模型進(jìn)行耦合計(jì)算；3)耦合計(jì)算協(xié)調(diào)功能由于高速列車(chē)各耦合子系統(tǒng)計(jì)算步長(zhǎng)不一，可以按一定策略(如多層次的仿真步長(zhǎng)同步協(xié)調(diào)策略及基于虛擬時(shí)間軸的仿真時(shí)長(zhǎng)同步協(xié)調(diào)策略等)對(duì)各計(jì)算子系統(tǒng)的仿真推進(jìn)過(guò)程進(jìn)行協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)耦合計(jì)算功能；4)耦合邊界數(shù)據(jù)處理功能在設(shè)定的耦合點(diǎn)進(jìn)行耦合計(jì)算時(shí)，可以對(duì)高速列車(chē)各子系統(tǒng)的邊界數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，為各子系統(tǒng)提供本步計(jì)算所需的輸入數(shù)據(jù)，同時(shí)采用邊界緩和過(guò)渡算法、分類(lèi)數(shù)據(jù)插值算法等，保障耦合計(jì)算的穩(wěn)定性和精確性；5)耦合數(shù)據(jù)通信功能可以和各耦合子系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，及時(shí)接收將各耦合子系統(tǒng)輸出的數(shù)據(jù)，并將處理好的耦合數(shù)據(jù)及時(shí)發(fā)送至各耦合子系統(tǒng)以更新其輸入。根據(jù)高速列車(chē)耦合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)計(jì)算模型，在耦合器協(xié)調(diào)下的高速列車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真的一般流程為I)各子系統(tǒng)在一個(gè)積分步長(zhǎng)內(nèi)獨(dú)立求解；2)向耦合器發(fā)送與其他子系統(tǒng)相關(guān)的計(jì)算結(jié)果；3)求解各子系統(tǒng)間耦合關(guān)系模型及耦合控制算法，并進(jìn)行耦合數(shù)據(jù)處理；4)耦合器向各系統(tǒng)發(fā)送耦合數(shù)據(jù)，更新各子系統(tǒng)的計(jì)算邊界；5)判斷耦合系統(tǒng)計(jì)算終止條件；6)如果滿(mǎn)足條件，系統(tǒng)退出；否則，返回第I)步。高速列車(chē)各耦合子系統(tǒng)的仿真計(jì)算流程是一致的，主要分為三個(gè)階段計(jì)算等待及數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、單步積分計(jì)算、計(jì)算結(jié)果輸出，在耦合器的驅(qū)動(dòng)下，三個(gè)階段循環(huán)進(jìn)行。高速列車(chē)各耦合子系統(tǒng)包括列車(chē)子系統(tǒng)、線(xiàn)路子系統(tǒng)、弓網(wǎng)子系統(tǒng)、空氣動(dòng)力學(xué)子系統(tǒng)、牽引供電子系統(tǒng)，下面以其中的任意兩個(gè)子系統(tǒng)為例，闡述其在耦合器作用下實(shí)施耦合仿真的流程，不失一般性，這兩個(gè)子系統(tǒng)分別命名為子系統(tǒng)I和子系統(tǒng)2，如圖I所示。在耦合計(jì)算時(shí)各子系統(tǒng)的輸入包含兩個(gè)部分一部分是從本子系統(tǒng)獲得的數(shù)據(jù)，稱(chēng)為之子系統(tǒng)輸入，比如從系統(tǒng)初始化獲得的數(shù)據(jù)、從本子系統(tǒng)的上一步計(jì)算輸出中獲得的數(shù)據(jù)等；另一部分為從耦合器獲得的來(lái)自其他有耦合關(guān)系的子系統(tǒng)數(shù)據(jù)，稱(chēng)之為耦合輸入。只有在子系統(tǒng)輸入和耦合輸入都準(zhǔn)備完成，子系統(tǒng)才能啟動(dòng)本步的積分計(jì)算。輸出也包含兩個(gè)部分系統(tǒng)輸出和耦合輸出，其中系統(tǒng)輸出是指本步計(jì)算完成的結(jié)果，部分結(jié)果可能為下一步計(jì)算做準(zhǔn)備，其他結(jié)果用于監(jiān)控或評(píng)價(jià)等，而耦合輸出則是向耦合器輸出，為與本子系統(tǒng)有耦合關(guān)系的子系統(tǒng)提供下一步的耦合輸入數(shù)據(jù)。子系統(tǒng)的耦合輸出(如子系統(tǒng)I和子系統(tǒng)2的耦合輸出)，是耦合器的輸入，是求解耦合關(guān)系模型的基礎(chǔ)，而耦合關(guān)系模型的求解結(jié)果，是耦合器的輸出，同時(shí)也是各耦合子系統(tǒng)的輸入(如分別作為子系統(tǒng)I和子系統(tǒng)2的耦合輸入)。正是耦合器通過(guò)協(xié)調(diào)組織，將需要的數(shù)據(jù)從各耦合子系統(tǒng)獲取，然后求解耦合關(guān)系模型及耦合控制算法，并對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，再將所需結(jié)果傳遞到相應(yīng)的子系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)耦合仿真的控制和推進(jìn)。在高速列車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)耦合仿真中，各子系統(tǒng)的仿真步長(zhǎng)不一致，如列車(chē)子系統(tǒng)的仿真步長(zhǎng)為5X 10 5s,線(xiàn)路子系統(tǒng)的仿真步長(zhǎng)為5X 10 5s,弓網(wǎng)子系統(tǒng)的仿真步長(zhǎng)為5X10_5s，空氣動(dòng)力學(xué)子系統(tǒng)的仿真步長(zhǎng)為IX 10_3s，牽引供電子系統(tǒng)的仿真步長(zhǎng)為I X KT1s,各子系統(tǒng)的仿真步長(zhǎng)分布在三個(gè)數(shù)量級(jí)上，為此在耦合仿真中采用了三層耦合控制仿真方法，如圖2所示(I)根據(jù)各子系統(tǒng)的仿真步長(zhǎng)，將各子系統(tǒng)劃分為三層，第一層包括列車(chē)子系統(tǒng)、線(xiàn)路子系統(tǒng)和弓網(wǎng)子系統(tǒng)，該層的仿真步長(zhǎng)記為S=5X 10_5s，耦合仿真控制步長(zhǎng)記為SI1=5X 10_5s，第二層為空氣動(dòng)力學(xué)子系統(tǒng)，該層的耦合仿真控制步長(zhǎng)記為SI2=1 X 10_3s，第三層為牽引供電子系統(tǒng)，該層的耦合仿真控制步長(zhǎng)記為SI3=1 X KT1S,并設(shè)置耦合仿真結(jié)束條件；(2)為每個(gè)層次設(shè)置一個(gè)累積仿真步長(zhǎng)，第一層累積仿真步長(zhǎng)記為SA1，第二層累積仿真步長(zhǎng)記為SA2，第三層累積仿真步長(zhǎng)記為SA3，并初始化SA1=0，SA2=0, SA3=0 ；(3)初始化各子系統(tǒng)間的耦合關(guān)系接口數(shù)據(jù)；(4)加載各子系統(tǒng)仿真模型，初始化各子系統(tǒng)；(5)各層累積仿真步長(zhǎng)值增加第一層仿真步長(zhǎng)值，并作如下判別I)如果第一層累積仿真步長(zhǎng)值大于等于第一層耦合仿真控制步長(zhǎng)值，即SAD=SIl,則更新第一層子系統(tǒng)間的耦合關(guān)系接口數(shù)據(jù)，激活第一層子系統(tǒng)進(jìn)行單步長(zhǎng)仿真計(jì)算，否則仿真退出并告警(告警是因?yàn)榈谝粚邮亲钚∮?jì)算單元，如果該層無(wú)法計(jì)算，說(shuō)明程序存在異常)；2)如果第二層累積仿真步長(zhǎng)值大于等于第二層耦合仿真控制步長(zhǎng)值，即SA2>=SI2，則更新第一和第二層子系統(tǒng)間的耦合關(guān)系接口數(shù)據(jù)，激活第二層子系統(tǒng)進(jìn)行單步長(zhǎng)仿真計(jì)算，否則跳到(7)，判別程序是否結(jié)束；3)如果第三層累積仿真步長(zhǎng)值大于等于第三層耦合仿真控制步長(zhǎng)值，即SA3>=SI3，則更新第一、第二和第三層子系統(tǒng)間的耦合關(guān)系接口數(shù)據(jù)，激活第三層子系統(tǒng)進(jìn)行單步長(zhǎng)仿真計(jì)算，否則跳到(7)，判別程序是否結(jié)束；(6)相關(guān)層的子系統(tǒng)被激活進(jìn)行單步長(zhǎng)仿真，各子系統(tǒng)的輸入都由兩部分組成一部分是本系統(tǒng)前一步的仿真結(jié)果數(shù)據(jù)或中間數(shù)據(jù)，另一部分是其他子系統(tǒng)輸出的耦合數(shù)據(jù)，通過(guò)這兩部分輸入，便可進(jìn)行子系統(tǒng)該步的耦合計(jì)算；同樣，各子系統(tǒng)的輸出也都由兩部分組成一部分是進(jìn)行本系統(tǒng)下一步仿真需要的數(shù)據(jù)及后處理應(yīng)用分析需要的數(shù)據(jù)，另一部分是輸出給其他子系統(tǒng)的耦合數(shù)據(jù)，通過(guò)這兩部分輸出，為耦合系統(tǒng)的下一步計(jì)算準(zhǔn)備數(shù)據(jù)；對(duì)于耦合輸入數(shù)據(jù)，由于各子系統(tǒng)的積分步長(zhǎng)不一致，在經(jīng)過(guò)第一步計(jì)算以后，各子系統(tǒng)之間在時(shí)空上是不一致的，因此，在耦合時(shí)，必須對(duì)積分步長(zhǎng)大于當(dāng)前層耦合仿真控制步長(zhǎng)的子系統(tǒng)的耦合數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，利用該子系統(tǒng)上一步的仿真結(jié)果、耦合仿真控制步長(zhǎng)和該子系統(tǒng)積分步長(zhǎng)之間的關(guān)系，進(jìn)行數(shù)據(jù)插值處理或直接利用其上一個(gè)耦合積分步的仿真結(jié)果數(shù)據(jù)，此處不同的子系統(tǒng)根據(jù)本子系統(tǒng)對(duì)邊界數(shù)據(jù)的敏感性，可采用不同的數(shù)據(jù)處理方法，同樣，在耦合數(shù)據(jù)的加載上，也可以進(jìn)行不同的處理方法，比如直接加載或分步多次過(guò)渡加載；各子系統(tǒng)被激活進(jìn)行單步長(zhǎng)仿真計(jì)算時(shí)，其計(jì)算流程相同，以列車(chē)子系統(tǒng)為例，其流程如下I)激活列車(chē)子系統(tǒng)仿真計(jì)算；2)獲取系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)，系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)是指該子系統(tǒng)上一次仿真計(jì)算結(jié)果中需要作 為本次仿真的輸入條件的數(shù)據(jù)，在第一步仿真計(jì)算時(shí)，系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)為該子系統(tǒng)的初始化數(shù)據(jù)；3)獲取耦合輸入數(shù)據(jù)，系統(tǒng)耦合數(shù)據(jù)是指有耦合關(guān)系的相關(guān)子系統(tǒng)作用于該子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，作為該子系統(tǒng)的邊界輸入條件，由有耦合關(guān)系的相關(guān)子系統(tǒng)在上一次仿真計(jì)算時(shí)生成，在第一步仿真計(jì)算時(shí)，耦合輸入數(shù)據(jù)為相關(guān)子系統(tǒng)的耦合關(guān)系接口數(shù)據(jù)的初始化數(shù)據(jù)；4)列車(chē)子系統(tǒng)單步長(zhǎng)仿真計(jì)算，列車(chē)子系統(tǒng)利用給定的仿真步長(zhǎng)、輸入條件和邊界條件，進(jìn)行一次仿真計(jì)算，SAl的值增加列車(chē)子系統(tǒng)的仿真步長(zhǎng)值；5)輸出系統(tǒng)單步仿真結(jié)果數(shù)據(jù)，該結(jié)果數(shù)據(jù)包含兩部分內(nèi)容系統(tǒng)中間數(shù)據(jù)和系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)，系統(tǒng)中間數(shù)據(jù)是指該子系統(tǒng)本次仿真計(jì)算結(jié)果中需要作為下一次仿真的輸入條件的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)是指該子系統(tǒng)本次仿真計(jì)算結(jié)果中用于后處理應(yīng)用分析的數(shù)據(jù)；6)生成耦合輸出數(shù)據(jù)，耦合輸出數(shù)據(jù)是作用于有耦合關(guān)系的相關(guān)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，經(jīng)耦合器作用更新相關(guān)子系統(tǒng)間的耦合關(guān)系接口數(shù)據(jù)后，作為這些子系統(tǒng)的邊界輸入條件；7)列車(chē)子系統(tǒng)計(jì)算等待，本次仿真計(jì)算完成后，列車(chē)子系統(tǒng)等待下一次仿真激活；(7)判斷是否滿(mǎn)足仿真結(jié)束條件，如果滿(mǎn)足條件，則仿真結(jié)束退出，否則，返回到第
(5)步,繼續(xù)仿真。
權(quán)利要求
1.高速列車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)耦合仿真方法，在基于接口的多設(shè)備參數(shù)、多領(lǐng)域間的相互作用關(guān)系及控制參數(shù)的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)協(xié)同仿真基于仿真步長(zhǎng)級(jí)的多向耦合控制，采用如下的手段，協(xié)調(diào)仿真步長(zhǎng)不一致的各子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)耦合控制仿真 (1)根據(jù)子系統(tǒng)的仿真步長(zhǎng)，將子系統(tǒng)劃分為三層，第一層包括列車(chē)子系統(tǒng)、線(xiàn)路子系統(tǒng)和弓網(wǎng)子系統(tǒng)，該層的仿真步長(zhǎng)記為S=5X10_5s，耦合仿真控制步長(zhǎng)記為SI1=5X10_5s，第二層為空氣動(dòng)力學(xué)子系統(tǒng)，該層的耦合仿真控制步長(zhǎng)記為SI2=1 X 10_3s，第三層為牽引供電子系統(tǒng)，該層的耦合仿真控制步長(zhǎng)記為SIs=IXIO-1S,并設(shè)置耦合仿真結(jié)束條件； (2)為每個(gè)層次設(shè)置一個(gè)累積仿真步長(zhǎng)，第一層累積仿真步長(zhǎng)記為SAl，第二層累積仿真步長(zhǎng)記為SA2，第三層累積仿真步長(zhǎng)記為SA3，并初始化SA1=0，SA2=0, SA3=0 ； (3)初始化各子系統(tǒng)間的耦合關(guān)系接口數(shù)據(jù)； (4)加載各子系統(tǒng)仿真模型，初始化各子系統(tǒng)； (5)各層累積仿真步長(zhǎng)值增加第一層仿真步長(zhǎng)值，并作如下判別 1)如果第一層累積仿真步長(zhǎng)值大于等于第一層耦合仿真控制步長(zhǎng)值，即SA1>=SI1，則更新第一層子系統(tǒng)間的耦合關(guān)系接口數(shù)據(jù)，激活第一層子系統(tǒng)進(jìn)行單步長(zhǎng)仿真計(jì)算，否則仿真退出并告警； 2)如果第二層累積仿真步長(zhǎng)值大于等于第二層耦合仿真控制步長(zhǎng)值，即SA2>=SI2，則更新第一和第二層子系統(tǒng)間的耦合關(guān)系接口數(shù)據(jù)，激活第二層子系統(tǒng)進(jìn)行單步長(zhǎng)仿真計(jì)算，否則跳到(7)，判別程序是否結(jié)束； 3)如果第三層累積仿真步長(zhǎng)值大于等于第三層耦合仿真控制步長(zhǎng)值，即SA3>=SI3，則更新第一、第二和第三層子系統(tǒng)間的耦合關(guān)系接口數(shù)據(jù)，激活第三層子系統(tǒng)進(jìn)行單步長(zhǎng)仿真計(jì)算，否則跳到(7)，判別程序是否結(jié)束； (6)子系統(tǒng)被激活進(jìn)行單步長(zhǎng)仿真，各子系統(tǒng)被激活進(jìn)行單步長(zhǎng)仿真計(jì)算時(shí)，其計(jì)算流程相同，以列車(chē)子系統(tǒng)為例，其流程如下 1)激活列車(chē)子系統(tǒng)仿真計(jì)算； 2)獲取系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)，系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)是指該子系統(tǒng)上一次仿真計(jì)算結(jié)果中需要作為本次仿真的輸入條件的數(shù)據(jù)，在第一步仿真計(jì)算時(shí)，系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)為該子系統(tǒng)的初始化數(shù)據(jù)； 3)獲取耦合輸入數(shù)據(jù)，系統(tǒng)耦合數(shù)據(jù)是指有耦合關(guān)系的相關(guān)子系統(tǒng)作用于該子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，作為該子系統(tǒng)的邊界輸入條件，由有耦合關(guān)系的相關(guān)子系統(tǒng)在上一次仿真計(jì)算時(shí)生成，在第一步仿真計(jì)算時(shí)，耦合輸入數(shù)據(jù)為相關(guān)子系統(tǒng)的耦合關(guān)系接口數(shù)據(jù)的初始化數(shù)據(jù)； 4)列車(chē)子系統(tǒng)單步長(zhǎng)仿真計(jì)算，列車(chē)子系統(tǒng)利用給定的仿真步長(zhǎng)、輸入條件和邊界條件，進(jìn)行一次仿真計(jì)算，SAl的值增加列車(chē)子系統(tǒng)的仿真步長(zhǎng)值； 5)輸出系統(tǒng)單步仿真結(jié)果數(shù)據(jù)，該結(jié)果數(shù)據(jù)包含兩部分內(nèi)容系統(tǒng)中間數(shù)據(jù)和系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)，系統(tǒng)中間數(shù)據(jù)是指該子系統(tǒng)本次仿真計(jì)算結(jié)果中需要作為下一次仿真的輸入條件的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)是指該子系統(tǒng)本次仿真計(jì)算結(jié)果中用于后處理應(yīng)用分析的數(shù)據(jù)； 6)生成耦合輸出數(shù)據(jù)，耦合輸出數(shù)據(jù)是作用于有耦合關(guān)系的相關(guān)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，經(jīng)耦合器作用更新相關(guān)子系統(tǒng)間的耦合關(guān)系接口數(shù)據(jù)后，作為這些子系統(tǒng)的邊界輸入條件； 7)列車(chē)子系統(tǒng)計(jì)算等待，本次仿真計(jì)算完成后，列車(chē)子系統(tǒng)等待下一次仿真激活；(7)判斷是否滿(mǎn)足仿真結(jié)束條件，如果滿(mǎn)足條件，則仿真結(jié)束退出，否則，返回到第(5)步，繼續(xù)仿真。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述之仿真方法，其特征在于，所述第(6)步驟各子系統(tǒng)的輸入都由兩部分組成一部分是本系統(tǒng)前一步的仿真結(jié)果數(shù)據(jù)或中間數(shù)據(jù)，另一部分是其他子系統(tǒng)輸出的耦合數(shù)據(jù)，通過(guò)這兩部分輸入，進(jìn)行子系統(tǒng)該步的耦合計(jì)算；同樣，各子系統(tǒng)的輸出也都由兩部分組成一部分是進(jìn)行本系統(tǒng)下一步仿真需要的數(shù)據(jù)及后處理應(yīng)用分析需要的數(shù)據(jù)，另一部分是輸出給其他子系統(tǒng)的耦合數(shù)據(jù)，通過(guò)這兩部分輸出，為耦合系統(tǒng)的下一步計(jì)算準(zhǔn)備數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述之仿真方法，其特征在于，耦合輸入數(shù)據(jù)在耦合時(shí)，必須對(duì)積分步長(zhǎng)大于當(dāng)前層耦合仿真控制步長(zhǎng)的子系統(tǒng)的耦合數(shù)據(jù)進(jìn)行處理利用該子系統(tǒng)上一步的仿真結(jié)果、耦合仿真控制步長(zhǎng)和該子系統(tǒng)積分步長(zhǎng)之間的關(guān)系，進(jìn)行數(shù)據(jù)插值處理或直接利用其上一個(gè)耦合積分步的仿真結(jié)果數(shù)據(jù)，此處不同的子系統(tǒng)根據(jù)本子系統(tǒng)對(duì)邊界數(shù)據(jù)的 敏感性，可采用不同的數(shù)據(jù)處理方法，同樣，在耦合數(shù)據(jù)的加載上，也可以采用不同的處理 方法，比如直接加載或分步多次過(guò)渡加載。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高速列車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)耦合仿真方法，在基于接口的多設(shè)備參數(shù)、多領(lǐng)域間的相互作用關(guān)系及控制參數(shù)的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)協(xié)同仿真基于仿真步長(zhǎng)級(jí)的多向耦合控制，采用如下的手段，協(xié)調(diào)仿真步長(zhǎng)不一致的各子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)耦合控制仿真。本發(fā)明全面考慮列車(chē)動(dòng)力學(xué)、弓網(wǎng)動(dòng)力學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)、車(chē)-線(xiàn)耦合動(dòng)力學(xué)，車(chē)輛-空氣耦合動(dòng)力學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域的影響，實(shí)現(xiàn)高速列車(chē)-線(xiàn)路-弓網(wǎng)-氣動(dòng)-牽引供電等領(lǐng)域間基于積分步長(zhǎng)級(jí)的耦合計(jì)算，充分考慮高速列車(chē)與軌道線(xiàn)路、接觸網(wǎng)、氣流等周邊環(huán)境的相互影響。
文檔編號(hào)G06F17/50GK102880758SQ201210375219
公開(kāi)日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月27日
發(fā)明者鄒益勝, 丁國(guó)富, 張衛(wèi)華 申請(qǐng)人:西南交通大學(xué)