基于Modelica的步进电机伺服控制系统模型的构建方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于Modelica的步进电机伺服控制系统模型的构建方法，包括：按照步进电机伺服控制系统的拓扑结构分解所述系统，得到多种模型；根据所述多种模型，利用Modelica语言开发所述系统中对应的模型，构建基于Modelica的步进电机伺服控制系统模型。本发明专利技术利用Modelica语言来开发系统中对应的模型，在建模过程中只需考虑模型中的变量和方程，而无需关注模型求解细节，有效降低了系统建模的复杂度；同时，Modelica模型采用微分、代数和离散方程的数学描述，具备通用性、开放性和标准化的特点，可重用性、可重构性、可扩展性好。好。好。

【技术实现步骤摘要】
基于Modelica的步进电机伺服控制系统模型的构建方法


[0001]本专利技术涉及电机控制
，具体涉及一种基于Modelica的步进电机伺服控制系统模型的构建方法。

技术介绍

[0002]步进电机作为一种受电脉冲控制而转动一定角度的特种电机，其位移与输入数字脉冲的个数成严格的正比关系。步进电机具有调速范围宽、定位精度高、控制简单等特点，已广泛应用于汽车自动化生产线、发动机巡航控制系统、电控悬架、飞行姿态控制等工业场景中，是现代工业自动化系统中不可缺少的重要元件。
[0003]目前，在步进电机位置伺服控制系统验证仿真时，大多采用过程式建模(因果建模)的思想，利用过程式编程语言如M语言、C语言等对模型建模与求解，虽然满足了工程实际需求，但对工程师而言，不仅要掌握模型的数学推导与过程分解，还需要明确求解顺序、系统解耦与求解等过程，大大增加了工作量；并且，最后得到的模型与系统实际拓扑可能相差甚远，且所开发模型的可重用性、可重构性和可扩展性较差。
[0004]因此，相关技术中采用过程式建模构建步进电机伺服控制系统模型，存在工作量复杂，所开发模型的可重用性、可重构性和可扩展性较差的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于提供一种基于Modelica的步进电机伺服控制系统模型的构建方法，以解决在构建步进电机伺服控制系统模型时存在的工作量复杂，所开发模型的可重用性、可重构性和可扩展性较差的问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术的第一方面提供了一种基于Modelica的步进电机伺服控制系统模型的构建方法，包括：
[0007]按照步进电机伺服控制系统的拓扑结构分解所述系统，得到多种模型；
[0008]根据所述多种模型，利用Modelica语言开发所述系统中对应的模型，构建基于Modelica的步进电机伺服控制系统模型。
[0009]可选地，在按照步进电机伺服控制系统的拓扑结构分解所述系统之前，所述方法还包括：
[0010]根据步进电机伺服控制系统的任务，确定所述系统的模型目标；
[0011]根据所述系统的工作原理，构建概念模型。
[0012]可选地，所述按照步进电机伺服控制系统的拓扑结构分解所述系统，得到多种模型，包括：
[0013]按照所述系统的拓扑结构和物理特性，将所述系统通过数据抽象、接口分离和模块化设计分解，分解为多种一级模型，所述一级模型包括通用组件模型、基础元件模型、典型模块模型和系统模型；
[0014]遵循组件特性、元件特性、典型模块特性和系统类型的划分原则，对所述一级模型
进行二次分解，得到二级模型；
[0015]其中，所述数据抽象为将所述系统模型中的共有特征抽离出来用一个抽象模型进行表达，所述接口分离为将不同组件与所述典型模块模型分开进行建模，在模型实例化的过程中声明组件属性，所述模块化设计分解包括所述步进电机伺服控制系统中分解出通用组件模型、基础元件模型、典型模块模型和系统模型。
[0016]可选地，所述根据所述多种模型，利用Modelica语言开发所述系统中对应的模型，构建基于Modelica的步进电机伺服控制系统模型，包括：
[0017]利用Modelica语言开发所述系统中的通用组件模型，所述系统中的通用组件模型包括接口库、函数库、图标库和传感器库；
[0018]根据典型模块模型的拓扑和功能，开发所述系统中的基础元件模型，所述系统中的基础元件模型包括电力电子器件库、坐标变换库、信号源库、查表库、数学运算库和电源与接地库；
[0019]对所述系统中的通用组件模型和所述系统中的基础元件模型进行有序地组合和连接，形成所述系统中的典型模块模型；
[0020]根据所述系统的拓扑结构和控制策略，将所述系统中的典型模块模型进行有序地整合，建立基于Modelica的步进电机伺服控制系统模型。
[0021]进一步地，所述利用Modelica语言开发所述系统中的通用组件模型包括：
[0022]将不同函数、常量、单位、接口、传感器及图标分别整理为对应的库；
[0023]将各个对应的库统一划分，构成所述系统中的通用组件模型；
[0024]通过所述通用组件模型中的接口库中各种类型的接口，在各元件之间或各典型模块模型之间建立连接关系，连接各元件或各典型模块模型时接口的类型一致，所述接口的类型包括电接口、机械接口、热接口和控制接口；
[0025]基于所述连接关系，所述系统中自动建立满足广义基尔霍夫定律的非因果平衡方程。
[0026]进一步地，所述对所述系统中的通用组件模型和所述系统中的基础元件模型进行有序地组合和连接，形成所述系统中的典型模块模型，包括：
[0027]基于所述系统中的通用组件模型和所述系统中的基础元件模型，采用面向对象的陈述式建模方式，构建所述系统中的各个典型模块模型。
[0028]进一步地，所述构建所述系统中的各个典型模块模型包括：
[0029]利用所述系统的基尔霍夫定律、等效电路或控制理论，推导出典型模块的数学模型的方程表达式；
[0030]利用Modelica语言，将所述数学模型转化为相应的Modelica模型，得到各个典型模块模型。
[0031]进一步地，在得到各个典型模块模型之后，所述方法还包括：
[0032]按照功能和应用需求对构建的所述典型模块模型进行测试，得到测试结果；
[0033]将所述测试结果与理论结果进行比对，验证两者是否相符；
[0034]如果两者相符，则所述典型模块模型通过测试；
[0035]如果两者不符，则所述典型模块模型未通过测试，重复修正所述典型模块模型，并将修正后的典型模块模型进行测试，直至修正后的典型模块模型通过测试。
[0036]可选地，在构建基于Modelica的步进电机伺服控制系统模型之后，所述方法还包括：
[0037]根据步进电机伺服控制系统的各类任务需求，对所述步进电机伺服控制系统模型进行相应的仿真分析，获取仿真结果。
[0038]本专利技术的第二方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行第一方面任意一项提供的基于Modelica的步进电机伺服控制系统模型的构建方法。
[0039]本专利技术的第三方面提供了一种电子设备，所述电子设备包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行第一方面任意一项提供的基于Modelica的步进电机伺服控制系统模型的构建方法。
[0040]在本专利技术实施例提供的基于Modelica的步进电机伺服控制系统模型的构建方法中，按照步进电机伺服控制系统的拓扑结构分解所述系统，得到多种模型；根据所述多种模型，利用Modelica语言开发所述系统中对应的模型，构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于Modelica的步进电机伺服控制系统模型的构建方法，其特征在于，包括：按照步进电机伺服控制系统的拓扑结构分解所述系统，得到多种模型；根据所述多种模型，利用Modelica语言开发所述系统中对应的模型，构建基于Modelica的步进电机伺服控制系统模型。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在按照步进电机伺服控制系统的拓扑结构分解所述系统之前，所述方法还包括：根据步进电机伺服控制系统的任务，确定所述系统的模型目标；根据所述系统的工作原理，构建概念模型。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述按照步进电机伺服控制系统的拓扑结构分解所述系统，得到多种模型，包括：按照所述系统的拓扑结构和物理特性，将所述系统通过数据抽象、接口分离和模块化设计分解，分解为多种一级模型，所述一级模型包括通用组件模型、基础元件模型、典型模块模型和系统模型；遵循组件特性、元件特性、典型模块特性和系统类型的划分原则，对所述一级模型进行二次分解，得到二级模型；其中，所述数据抽象为将所述系统模型中的共有特征抽离出来用一个抽象模型进行表达，所述接口分离为将不同组件与所述典型模块模型分开进行建模，在模型实例化的过程中声明组件属性，所述模块化设计分解包括所述步进电机伺服控制系统中分解出通用组件模型、基础元件模型、典型模块模型和系统模型。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述多种模型，利用Modelica语言开发所述系统中对应的模型，构建基于Modelica的步进电机伺服控制系统模型，包括：利用Modelica语言开发所述系统中的通用组件模型，所述系统中的通用组件模型包括接口库、函数库、图标库和传感器库；根据典型模块模型的拓扑和功能，开发所述系统中的基础元件模型，所述系统中的基础元件模型包括电力电子器件库、坐标变换库、信号源库、查表库、数学运算库和电源与接地库；对所述系统中的通用组件模型和所述系统中的基础元件模型进行有序地组合和连接，形成所述系统中的典型模块模型；根据所述系统的拓扑结构和控制策略，将所述系统中的典型模块模型进行有序地整合，建立基于Modelica的步进电机伺服控制系统模型。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述利用Modelica语言开发所述系统中的通用组件模型...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡锦涛，屈严，魏星，丁吉，鲍丙瑞，刘玉辉，张宝坤，梁德栋，周凡利，陈立平，
申请(专利权)人：苏州同元软控信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：