基于Modelica同步电动机启动控制回路仿真

基于Modelica语言的同步电动机启动控制回路仿真摘要：本文应用Modelica面向对象多领域统一建模语言对三相交流同步电动机启动控制进行建模及仿真，建模过程中主要包括各个元件建模以及元件之间建立逻辑连接。应用OpenModelica对模型进行了编译求解。结果表明：同步电动机机械特性曲线与理论机械特性曲线相符，且实现了同步电动机的启动控制仿真,也得到了相关的仿真曲线。关键字：Modelica，同步电动机，启动控制，模拟仿真ISimulationforStartingControlLoopofSynchronousMotorBasedOnModelicaLanguageAbstract：Inthispaper,theModelicaisappliedtothemodelingandsimulationforstartingcontrolofthethreephaseACsynchronousmotorbytheunifiedmodelingoftheobjectorientedandmultidomainlanguage.Themodelingprocessmainlyincludeseachmodelingofcomponentsandestablishinglogicalconnectionbetweenthemodelingcomponents.CompilingandsolvingthemodelbyOpenModelica.TheresultsshowthattheMechanicalcharacteristiccurveofsynchronousmotorareconsistentwiththetheoreticalmechanicalcharacteristiccurve,andthestartingcontrolsimulationofthesynchronousmotorisrealized，Ialsoobtainthecurvesofrelevantsimulation.Keyword：Modelica，synchronousmotor，startingcontrol，simulationII目录1引言.11.1Modelica语言的形成和发展.11.2Modelica的应用领域.11.3机电传动的发展.21.4研究同步电动机启动的意义与目的.32同步电动机的启动原理.42.1同步电动机的基本结构.42.2同步电动机的工作原理和运行特性.42.2.1同步电动机的工作原理.42.2.2同步电动机的机械特性.52.3同步电动机的启动.63Modelica语言用法简介.83.1Modelica语言-模型要素.83.1.1变量.83.1.2方程与算法.93.1.3连接.113.1.4类与类型.123.2Modelica语言-建模功能.143.2.1面向对象建模.143.2.2陈述式建模.153.3Modelica语言-函数.163.3.1函数定义.163.3.2内置函数.164运用OpenModelica对同步电动机启动进行建模仿真.164.1OpenModelica建模.164.1.1主窗口.164.1.2库浏览器.184.1.3错误列表.194.1.4新建一个Modelica类.20III4.1.5基本的建模步骤.204.2OpenModelica的仿真.214.2.1运行脚本.214.2.2变量浏览器.214.2.3曲线窗口.224.2.4仿真输出栏.244.2.5基本仿真的步骤.244.3同步电动机启动控制仿真.254.3.1同步电动机的控制回路.254.3.2同步电动机电路图中各个元件程序的编写.264.3.3同步电动机启动控制的仿真.304.3.4模型仿真求解.324.3.5同步电动机仿真曲线分析.374.3.5本节总结.385结论.39参考文献.40致谢.4201引言1.1Modelica语言的形成和发展Modelica语言是由位于瑞典Link?ping的非赢利的组织Modelica协会开发的，也可以免费使用。它作为一种为支持有效的模型库开发应用和模型交换而设计的一种语言，而且建立在非因果模型之上、还支持数学方程和模型知识应用，用于复杂的、大型的、异构的物理系统建模现代化的面向对象的语言21。它适用于很多领域的建模，例如有液压、电子、机械、机器人、汽车、航天应用，面向过程的应用和电力系统发配电等中的机电模型。Modelica中的模型是用离散方程、代数和微分方程等数学方法进行描述的。不用人工计算求解其中特定的变量，Modelica工具将会有足够的信息来本身自动决定求解，可使用专门的算法对具有超过10万个方程的大型模型的高效处理成为可能。Modelica适合并用于嵌入式控制系统和半实物仿真。从1997年9月份Modelica语言1.0版本开始，到目前为止已升级到3.1版本。而且由于很多国家的合作，基于Modelica语言的模型库的领域也扩展到了很多领域，并且还公开发布了13个免费共享模型库和6个付费的专业领域模型库，它的模型库覆盖了很多领域，例如燃料电池、系统动力学、汽车动力学、热动力、还有模糊控制等很多工程。所有使用到模型仿真的人员均可在Modelica协会的网站()下载这些可以共享的资源，而且利用这些资料用户可以很快而且很准确地构建自己的模型仿真应用。Modelica语言现在仍在不断地完善中，到2008年已发布V3.0版语言规范。V3.0版相对2005年发布的V2.2版改动不大，主要是规范更加清晰，并且对模型差错问题提出了模型的限制性条件，在语法上有极少改动大部分没有改动，但是有些部分改动没有保持向下兼容。1.2Modelica的应用领域在国内，基于Modelica对多领域物理系统统一建模的支持，OpenModelica、Mworkes平台可广泛应用于航空、航天、汽车、工程机械、能源设备和化工等诸多行业，以解决复杂产品设计中的多领域耦合问题。其中汽有：混合动力汽车快速原型设计、混合动力汽车能量管理系统设计与仿真、1涡轮增压发动机的动态性能仿真与设计、双离合传动系统与控制系统设计、主动转向系统动态分析和设计、底盘与传动系统的实时硬件在环仿真、重型卡车底盘设计与动态性能分析、多种路面接触场景下的轮胎行为仿真分析、车辆动力性、燃油经济性与排放特性动态分析与优化设计、汽车极限操控性能预测、汽车冷却系统动态仿真与设计、汽车空调系统设计。其中工程机械有：挖掘机液压和传动系统设计与动态仿、起重机伸缩臂动态性能仿真分析、高速液压剪切机动态特性分析、皮带传输设备系统设计、轮式装载机能耗优化设计、自卸车电传系统设计与动态仿真、物料装卸系统仿真与优化、固体泵动态性能分析、工程场景虚拟现实仿真等等。在国外，使用Modelica语言建模仿真的应用很广泛横跨了很多的行业，如有：污水处理、动力、汽车、电力等，而且在福特、丰田、宝马、德国航空航天中心等也开始用Modelica语言进行建模仿真应用。由欧洲仿真协会EUROSIM领头，Dassault负责组织，联合奔驰、宝马、西门子、ABB等很多国际知名公司，全面启动了创建欧洲最大的可实现资源库计划，共同构建了欧洲基于Modelica的模型库EUROSYSLIB。1.3机电传动的发展机电传动随着电机的发展而发展的。而且近几年自动控制系统也是不断地在发展。电机随着自动控制系统的发展广泛应用到了很多的领域，并且也出现了很多种可靠性高、精度高、快速性能好的控制电机。当今动力电机正向着大型化、巨型化发展，儿专用电机正在向着微型化、高精度化、长的寿命化发展。但是因为电机已经成为所有机电系统中的核心的元件，所以，机电传动将会把电机学、电子学、控制基础理论结合成为一体的一门新型学科。电动机的出现使得我们现代的生活变得越来越方便，而电动机有事机电传动系统中的关键部分。机电传动的发展基本经历了三个阶段，分别是成组拖动、单电机拖动和多电机拖动。其中的成组拖动是指用一台电动机经过天轴（或地轴）用皮带传动来驱动一组生产机械的拖动方式。现在这种拖动方式现在已经被淘汰，因为他的传动路线太长、效率比较低、结构很复杂，若有一点故障，整个系统就不可以运行。现代的生产机械中才用的比较多的还是单电机拖动，即一台生产机械配备一台电动机，结构比较简单维修也容易，相比成组拖动而言，它还是先进了一步，他用2于中小型机械装备，但当生产机械的运动部件比较较多时，机械的传动部分的勾结还是十分复杂的。从20世纪开始，实验装备以及企业广泛采取了多电机拖动的方式，也就是装备中的所有运动的部件都有一部电动机来带动，最终实现整个装备的功能。多电机拖动方式结构简单、维修方便、控制灵活，给机械生产自动化提供了有力的条件。1.4研究同步电动机启动的意义与目的感应电动机和同部电动机一样都是交流电动机。在同步电动机达到稳定状态的时候，转子的转速和电网的频率有着一种确定的关系。目前大部分的发电厂中的设备都是以同步电动机为主，因此具有广阔的市场空间。有专业技师分析，随着电磁性材料科技的发展、电动机技术的进步、辅助电动机的进步和电气控制技术的进步，同步电动机在很多方面得到了应用，尤其是在变频系统中得到了中流砥柱的作用。同步电动机有很多优点：宽负载范围内效率高、功率因数高、转速恒定，同时可以补偿功率因素的优点，符合国家“节能环保”的指导方向，其中转速恒定，同时可以补偿功率因素的以及可调的功率因素和输出转矩对电网电压波动不敏感等良好的运行性能，在电气传动中有很大的优势，有着广泛的应用前景。在以后，材料技术方面有很大的发展，随着半导体技术的不断成熟，使得同步电动机的体积不断地减小，用运也是越来越方便。在电机控制方面，研究怎么样才能提高电气控制系统中传感器的灵敏度，有无速度传感器控制的速度辨识的研究、矢量控制的鲁棒性研究，直接转矩中电压矢量选择智能化的研究。在现在的设计和将来的使用要根据使用的环境和要求的功能以及成本的最佳方面应用，还要根据材料和结构的优化，用来降低成本。32同步电动机的启动原理2.1同步电动机的基本结构同步电动机由定子和转子构成，定子分为铁芯、定子绕组、基座及端盖等主要部件，而其中的电子绕组又叫电子绕组是通有三相电流多的三相对称绕组。转子由主磁极、直流励磁绕组、鼠笼式启动绕组、电刷和集电环等部件组成。图2.1同步电动机的结构示意图（a）隐极式（b）凸极式同步电动机按转子主磁极的形状分为凸极式和隐极式两种，它们的结构图如图3.1所示。隐极式的优点是转子周围的气隙比较均匀。适用于速度比较高的电动机，凸极式的转子是圆柱状，转子上有比较明显的磁极，气隙不均匀，但是制造比较简单，适用于低速的电动机。由于同步电动机中的旋转部分的转子只需较小的直流励磁功率，是电动机额定功率的0.3%2%，所以同步电动机适用于大功率、高电压的情况。2.2同步电动机的工作原理和运行特性2.2.1同步电动机的工作原理同步电动机的工作原理可由图下说明，电枢绕组通上三相交流电流后，气隙中便产生了电枢旋转的磁场，其旋转速度为同步转速：n=60*f/p，等式当中，f为三相交流电源的频率；p为定子旋转磁场的极对数。转子励磁绕组接上直流电流后，就会在相同的空气隙中，形成一个大小和极性固定、电枢旋转磁场和极对数相同的直流励磁磁场。这两个磁场的相互作用，使得电枢旋转磁场带着转子以同步转速一起运动。4图2.2同步电动机工作原理示意图2.2.2同步电动机的机械特性在电源频率和电动机极对数一定的情况下，转子转速是额定转速是常数，所以同步电动机的机械特性是不变的，它的机械特性是不随电动机的转速的变化而变化。图2.3同步电动机的机械特性同步电动机的启动刚开始是以异步方式启动的，所以介绍异步电动机机械特性。异步电动机在规定接线方式、额定电压和额定功率的条件下在定子和转子不串5联任何电阻或电抗的机械特性称为固有机械特性。同步电动机的固有特性曲线是由两个方程决定的：(2-1)(202sXRUksT(2-2)0)1(n其中，k为与电动机结构参数和电源频率有关系的一个常数，U是电源电压，R2是转子上每相的电阻，X20是电动机不动时，转子上每相绕组的感抗，s是转差率，n是电动机的转速，n0是电动机的额定转速。从此得电动机的固有特性曲线：图2.4异步电动机固有特性曲线2.3同步电动机的启动同步电动机在转子通上直流励磁电流之前同步电动机是没有启动转矩的，通上直流励磁电流后它产生的磁场是固定的。在定子接上三相交流电流时，在定子上就会产生转速为n0的旋转磁场，如图所示：6图2.5（a）二者相吸（b）二者相斥图a中它们相互相吸引，定子产生的旋转磁场吸引着转子旋转，但是由于转子和转轴上的所产生机械惯性，它还没有来得及转动旋转磁场就已经到了（b）图的位置，二者又是相互排斥，转子时而被吸时而排斥；平均转矩为零，同步电动机不能启动。要是同步电动机能正常运转，则需在转子磁极上加上跟鼠笼式绕组相似的启动绕组，如图2.6所示：图2.6同步电动机的启动绕组在启动的时候在转子上先不加直流励磁电流，不产生直流磁场，只在定子上加上三相对称的电压用来产生旋转的磁场，此时在鼠笼式绕组上产生感应电动势，从而产生了电流使转子转动了起来，等到转速接近电动机的同步转速时，然后在转子上的励磁绕组加上直流励磁电流，转子上产生了固定的磁场，转子磁场和定子产生7的磁场的相互作用就可以将转子拉入同步转速。当转子达到同步转速时，旋转磁场和启动绕组以相同的速度转动，没有相对运动，此时，启动绕组中不产生电流、电动势、转矩。所以当同步电动机稳定时，转子上的鼠笼式启动绕组不起作用，这就是同步电动机的异步启动方法。同步电动机的异步启动的电路图如图2.7所示：图2.7同步电动机启动控制回路1同步电动机2励磁绕组3鼠笼式启动绕组在励磁回路上连接一个约为励磁绕组电阻10倍的电阻RP，接着将开关QS2置于1位置，使得励磁电路变成一个闭合的回路，然后在闭合开关QS1使得定子通上三相交流电，则同步电动机在启动绕组的作用下实现异步启动，和异步电动机启动原理一样。此时，转子的转速不断增高，当转子达到同步转速时，迅速将开关QS2置于2位置，给转子通上直流励磁电流，然后依靠定子旋转的磁场和转子磁场之间的吸引力，使同步电动机牵入同步转速。3Modelica语言用法简介3.1Modelica语言-模型要素3.1.1变量变量表示模型的属性，通常代表某个物理量。例如：classC8Realx(start=1)；Realy(start=1)；parameterRealL=0.3；equationder(x)=y;der(y)=-x+L*(1-x*x)*y;endC；其中C模型声明了两个变量x和y，变量的类型都是Real，仿真开始时刻变量的值都是1。模型还声明了一个以parameter前缀修饰的变量L，即模型参数。变量在仿真的过程中随时间的变化而变化，而参数在仿真过程中保持为常量。模型参数可在仿真之前修改，修改后的模型其仿真结果立即发生变化。Modelica还有另一种以constant前缀修饰的不能被修改的常量。常量在仿真过程不发生变化，不能被使用或修改。3.1.2方程与算法Modelica应用方程以及算法来说明模型要完成的任务，表示了变量与变量之间的确定关系。Modelica用不同的符号来表示两种不同的算法和方程，方程使用“=”操作符，而在算法中使用“：=”操作符。Modelica方程与数学方程的意义是一致的，方程等式没有方向性，变量之间的关系是非因果的。如：R*i=v；Modelica算法表达的是变量之间的因果关系，意思是左右两边的值相等。算法中的一系列等式赋值描述了变量的求解过程。如：i：=v/R；是赋值关系。方程按其所在的区域有可以分为声明区域方程、方程区域方程。声明区域方程又分为声明方程和变型方程。方程区域按结构可分为：等式方程、连接方程、条件方程等其它（reinit、assert、terminate）。声明方程：是在变量声明的同时给定变量的约束，如：Realv=100；在声明v的同时给定v与100相等的约束，在仿真期间v的值始终保持为100。变型方程：是替换类的声明方程或是增加新的方程。如：modelResistorExtendsInterfance.OnePort;9ParameterSI.ResistanceR=1;/声明方程equationR*i=v;endResistor;ResistorR1(R=10);/变型方程“R=10”替换了声明方程“R=1”ResistorR2(R=0.1);/变型方程“R=0.1”替换了声明方程“R=1”classone-var；Realx；/变量声明endone-var；one-varv1（x=time）；/变型方程“x=time”在v1中增加了方程。等式方程：是与数学意义上方程一致的，表示等式两边表达式之间的约束关系。其表达方式有两种，如：simple-expr1=expr2;(out1,out2,out3,.)=function_name(in_expr1,in_expr2);其中的的一种形式左端不能是if表达式，第二种形式是调用多输出函数时使用的形式，等式左端是变量的列表，列表中不能使用其他的表达式。连接方程：是表示组件之间通过连接器建立的连接关系，一般形式为connect（connector1，connector2）；connector1是连接器。在连接方程中，连接器限制为以下两种形式，其中之一：，其中c1是连接方程所在类中的连接器，当你n=1时，ci+1是ci（i=1：（n-1）中的连接器；其二：m.c，其中m是连接方程所在类型的非连接器组件，c是m中的连接器。条件方程：条件方程有if和when两种。If方程的一般形式如下所示，其中，elseif是可选的，可以出现零次或多次；else也是可选的，最多可以出现一次。如：ifthenelseifthenelseendif；10其中，是Boolean标量表达式，当if或elseif条件成立时，对应分支中的方程生效；否则，else分支中的方程生效。If方程中，如果if和elseif分支的条件不是参数和常量时，则必须有对应的else分支，并且每个分支的方程数目是相同的。when方程：when方程用来表示事件时刻有效的瞬间态方程。其一般的形式如下所示，elsewhen是可选的，可以出现0次或多次。如:Whenthenelsewhenthenendwhen；When方程中的是Boolean类型的标量或向量。When/elsewhen标量条件或向量条件中的任何一个元素由false变为ture的事件时刻，对应when或elsewhen分支中的方程才生效。向量条件与多个表达式进行“或”运算的标量条件就是不一样的，向量条件中只要任何一个元素变为ture是，该分支中的方程就生效；而标量条件被当为一个整体，当进行“或”运算后的结果变为ture时，该分支中的方程就生效。3.1.3连接Modelica把模型与外界之间相通信连接的点称作是连接器，而且还用一种叫连接器类（connector）的受限类来描述。两者之间的连接表示了它们的关系，在连接器中存在它们使用到的物理量，如电子元件中的电压与电流量，驱动元件中的角度值与扭矩值。如：一个电子元件的接口Pin和一个驱动元件接口flangeconnectorPinVoltagev；flowCurrenti；endPin；connectorFlangeAngler；flowTorquet；11endFlange；定义一个连接，如connect（Pin1，Pin2），Pin1跟Pin2两个连接器的类型是Pin，被连接后形成一个连接节点。此连接产生两个方程：Pin1.v=Pin2.v（3-1）Pin1.i+Pin2.i=0（3-2）第一个方程表示连接两端电压相等，第二个方程根据基尔霍夫定律得出，即流过一个节点的电流之和为零。基尔霍夫定律在管道网络和机械系统中的力矩与扭矩等领域同样适用。连接器中使用flow前缀定义一个变量为流变量，连接后流变量将生成“和为零”的方程。Modelica语言标准库中定义了一些常用的的连接器。3.1.4类与类型类是Modelica语言的基本结构元素，它是Modelica中模型的基本单元。类的实例称为对象或组件，实例化的类称为对象或组件的类型。类中可包含变量、嵌套类、算法和方程。变量表示类的属性，方程和算法定义类的行为，描述了变量当中的约束关系。Modelica类有受限类和一般。但是受限类有比较特殊的用法，在语法规范上有规定的用法。让Modelica模型方便维护和阅读是使用受限类的目的。一般类由关键字Class定义，受限类用规定的关键字修饰，例如model、record、connector、type和block等。受限类是一般类概念的特殊形式，而且受限类的关键字可以被一般类的class代替，不会改变模型的行为。当然，受限类的关键字也可以替换一般类的关键字。受限类的含义与作用如图表3：表3.1Modelica的受限类型名称含义作用class类通用类package命名空间用于模型（库）的层次结构组织12block框图兼容基于框图的因果建模function函数过程式建模type类型类型别名record记录数据结构model模型陈述式建模connector端口组件之间的连接口Modelica类型可分为自定义类型和内置类型。内置类型是Modelica的最基本的类型，可以直接使用不用声明。自定义类型也就是用户声明的类型。自定义类型只有声明才能使用，也就是有类型定义才能声明该类型的实例。表3.2Modelica的内置属性133.2Modelica语言-建模功能3.2.1面向对象建模对象与组件组件：对应于工程建模中的器件、部件、或元件、零件。从面向对象来看，组件就是对象。对象：在Modelica语言模型中，除了常量文字以外，任何被声明的组件本质都是一个对象。相应的，组件包含了组件属性。如：modelresistor/理想电阻Realv=2；Reali；RealR=1；/电阻值equationR*i=v；endResistor；Resistorr1；r1是一个组件，类型是Resistor，属性有v、i、R，这些属性自身也是组件。且在此类中Resistor即类型，v、i、R是它的属性，R*i=v是它的行为，经过这个类型定义一个组件r1，则r1就有属性中所有的行为和属性。表3.3Modelica的基本属性抽象类：14抽象类就相当于面向对象语言中的抽象基类，是类描述基本的共性行为和属性。抽象类不能用于定义组件，而是应该用相似的类型去继承它。定义抽象类应该用关键词partial。定义一个抽象类型并且继承使用它，是现在模型重用的一种重要方法。如所有元件都有一个共同的特点，就是他们的两端都有一个端口，一个是输入一个是输出。partialblockSISO/定义一个输入一个输出的控制块inputRealx；outputRealy；endSISO；通过继承，我们可以定义一个增益放大器：blockGain/增益放大器extendsSISO；/继承SISO的属性parameterRealk=1；equationy=k*x；endGain；或者是定义一个余弦运算器：blockCos/余弦运算器extendSISO；equationy=cos（x）endCos；3.2.2陈述式建模对于物理系统来说，每个组成部分间的物理关系本身和每个组成内部没有因果关系，所以，模型当中应当是对模型行为的自然叙述没有必要考虑计算顺序。就像这种基于方程的建模形式叫做陈述式建模，又称为非因果建模，和它相对应的是因果建模或是过程建模。15Modelica语言是基于方程建模的，在上一段中叙述的类型中可以看到，中间有很多确定的行为区域用来对方程的模型行为进行描述，这作为是对陈述式的补充，Modelica也同时支持过程式建模方法。3.3Modelica语言-函数3.3.1函数定义函数是用“function”定义的受限类，符合Modelica类定义的语法形式。函数体是以“algorithm”开始的算法区域，也可能是为不函数声明，并作为函数调用时的执行系列。函数的输入形参用变量声明的形式定义，并有input前缀，输出形参也同样是以变量声明的形式定义，但是前缀是output。输入形参之间的相对顺序与调用函数是以位置传参的顺序是一致的，同样，调用函数时返回值的顺序与输出函数之间的顺序是相同的。输入形参和输出形参之间的顺序没有要求。3.3.2内置函数Modelica的用户除了可以使用自己已定义的函数外，还可以在Modelica库中调用丰富的内置函数直接使用。内置函数一共有四类：数学函数与转换函数、特殊用途和求导函数、时间相关函数、数组函数。在我的设计中用到了两种内置函数：Sin和der函数。4运用OpenModelica对同步电动机启动进行建模仿真4.1OpenModelica建模4.1.1主窗口OpenModelica有三个工作界面：欢迎、建模和绘图窗口，在启动的时候处于欢迎见面，是最近打开元件储存的地址的界面，建模的窗口分为三个部分：图示视图、组件视图和文本编写。以电动机为例子，如图：16图4.1打开文件界面图4.2OpenModelica建模窗口建模窗口是编写组件程序的窗口，界面显示组件的程序，和组件的坐标位置。OpenModelica组件窗口是显示组件连接的窗口，它很好的展示了电路的连接情况，能更好的说明同步电动机启动电路图的原理，如图所示：17图4.3OpenModelica组件视图建模环境包括以下部分：图4.3操作栏连接/取消连接模式、实例化模型、模型检查、检查所有模型、仿真、用转换调试器仿真、使用算法调试器仿真等。4.1.2库浏览器库浏览器的位置在建模窗口的左侧，用平行树状的形式显示当前已加载的元件模型的层次结构，其中包括模型库和用户自定义的库。如图：图4.4浏览器示图18浏览器有两个部分：模型浏览器和查找浏览器。由于模型库里的元件有很多，有时候不容易找到子所用到的元件，所以设置了查找浏览器，是为了用户能方便的找出所用到的元件。如图所示查找一个电阻Resistor：图4.5查找一个Resistor4.1.3错误列表错误列表在OpenModelica软件中也是消息列表，这个窗口显示了模型编辑、检查以及编译过程中出现的错误和警告。在模型检查的时候回显示错误类型、错误描述、错误编号，而且还会在文本中标记出错误的文本信息。如果想改变错误列表中显示的信息，可通过修改错误列表面板选定的文件，可以设置错误的类型、错误的行号、错误的编号和错误所在文件等信息的隐藏和实现。如果双击错误记录行的时候，鼠标的光标会出现在文本中错误的行上，且错误行会显示一行蓝色，编辑窗口的下方指出错误信息所在的行数，在错误行的位置会出现一个标签。点击模型检查后界面会出现一个模型检查窗口，上面说明了错误的原因，错误文件储存的位置以及用户仿真的时间。这样用户就会知道问题出现在那个地方，可以很方便的解决问题。如图：19图4.6错误列表图4.7模型检查窗口4.1.4新建一个Modelica类对一个元件进行建模之前，用户必须知道自己是要建一个什么样的Mmodelica类，这里有几种：Model、Class、Connector、ExpandableConnector、Record、Block、Function、Package、Type、Operator。如图所示：图4.8创建一个新的类选择好后点击一下确定就会出现一个新的建模窗口，用户可以在建模窗口编写自己的程序，或者是在组件视图从建模库中托出组件，完成自己的目的电路图。204.1.5基本的建模步骤本节简单介绍创建一个新模型库的基本步骤：（1）启动建模环境。（2）加载有关模型的模型库。（3）创建一个模型包，用于管理已经创建的模型。（4）创建所有需要的具体模型。（5）设置具体的参数。（6）检查模型语言的正确性。（7）编译模型，生成对应的求解器，为求解模型做好准备。（8）用求解器进行模型仿真。4.2OpenModelica的仿真4.2.1运行脚本在一个元件的建模环境下，无论是在图示视图、组件视图，还是在文本查看的窗口下口可以进行仿真，一般在仿真之前都要进行实例化模型、模型检查和检查所有的模型，这样做是为了能是用户所用的脚本文件能够安全的准确的运行。仿真的图标是：图4.9仿真当然，在运行前，一定要先将运行的脚本保存到桌面上，如果保存在文件夹里是打不开的。脚本文件是很多条的语句组成，其中每条的语句口必须符合脚本的语法和规则，多条语句组合在一起形成文本的语句执行序列。脚本文件的语言用“；”作为换行符号，在同一行可以写一个或者很多个语句，这样都符合脚本的语法。4.2.2变量浏览器OpenModelica中变量浏览器默认的窗口在绘图窗口的右侧，可以根据用户的习21惯调整到合适的位置，变量浏览器是以树状的形式显示模型中的变量的编译结果，列出了模型中的层次结构，如图4.10所示：图4.10变量浏览器变量浏览器当中展示的模型参数、常量和变量，缺省时不显示保护变量，可以根据用户的需要设置变量的类型，参见“仿真-设置”得输出属性窗口。在变量浏览器上显示一栏查找变量，输入你所需要的变量,然后点击大小写敏感就会在变量栏中就会出现你所要找的变量。找到后变量栏里只显示要找的变量，如图所示：图4.11查找变量224.2.3曲线窗口在仿真后绘图中坐标系显示的是模型仿真出的曲线，点击不同的变量参数，会出现不同的目的曲线。如果直接仿真出来曲线的变量关系不是用户所想要的，也可以使用菜单中的新建曲线窗口或是工具栏中图4.12新建曲线指示图创建出一个新的坐标图，用于自定义变量的曲线关系，用户可以在所有变量中选择两个变量，横纵坐标可以自行定义，选择后会仿真出所选变量间的关系图，如图所示:图4.13自定义曲线变量显示在曲线窗口中有一设置栏，如图：图4.14设置栏在设置中口可以改变自变量、图线的颜色、变量的标题，如图：23图4.15绘图设置4.2.4仿真输出栏仿真输出栏是一个独立的页面，可以根据需要或是不同的习惯调整到合适的位置。仿真输出兰如图所示：图4.16仿真输出栏从输出栏的内容可以看出求解模型的详细信息。例如有求解选项设置文件和仿真结果文件储存的位置，求解的开始时间和终止时间，求解算法以及求解耗费CPU的时间，求解结果的部数。4.2.5基本仿真的步骤按照仿真的具体步骤进行，一般是不会或是很少出现错误，步骤如下：（1）打开仿真环境。24（2）模型编译。（3）跟新求解器。（4）设置求解选项。（5）模型求解。（6）查看变量曲线。（7）浏览模型动画。（8）修改参数和变量初始值。4.3同步电动机启动控制仿真4.3.1同步电动机的控制回路我在OpenModelica里编出了六个元件的程序：closeswitch、FU、openswitch、powersource、resistor、motor。它们在组件视图中连接起来形成了同步电动机启动回路图:图4.17同步电动机启动电路图其中每个元件的名称及作用如下：25三相电源给同步电动机定子提供三相电压，使其产生旋转的此场，且使鼠笼式绕组产生感应电动势。同步电动机模拟实体的三相同步电动机，目的是使它转动起来。常闭开关控制电路的断开和闭合。熔断器当电路过载是保护电路中的原件不被破坏。常开开关控制电路的闭合和断开。电阻起分压作用。布尔开关控制电路中开关的闭合和断开。简单介绍一下同步电动机电路图的运作原理：在0.1秒时，三个常开开关闭合，26同步电动机定子得电，且同步电动机转子的绕组是个闭合的回路，电动机以异步的方式启动，转矩转速图还是异步电动机的图，当时间到了70秒时，转子转速达到同步转速，右边回路中的常闭开关断开，同步电动机转子接上直流电流，同步电动机以额定转速转动，此时同步电动机进入同步状态。4.3.2同步电动机电路图中各个元件程序的编写（1）熔断器FU的程序：blockFU/我将熔断器编一个块。Modelica.Blocks.Interfaces.RealInputu；/输入变量uModelica.Blocks.Interfaces.RealOutputy；/输出变量y表示电压equationify=380then/当电压大于等于380额定电压时，输出电压为0，电路断开。y=0;elsey=u;/当电压在额定电压的范围内是，输出电压等于输入电压。endif;endFU;(2)三相电压PowerSource程序：modelPowerSourceModelica.Blocks.Interfaces.RealOutputy；Modelica.Blocks.Interfaces.RealOutputy1；Modelica.Blocks.Interfaces.RealOutputy2；protectedconstantRealpi=Modelica.Constants.pi;equationy=380*Modelica.Math.sin(2*pi*50*(time-0+0);27y1=380*Modelica.Math.sin(2*pi*50*(time-0+120);y2=380*Modelica.Math.sin(2*pi*50*(time-0+240);endPowerSource;(3)常闭开关closeswitch的程序：blockcloseswitchparamete