高速列车系统动力学耦合仿真方法

摘要

本发明涉及一种高速列车系统动力学耦合仿真方法，在基于接口的多设备参数、多领域间的相互作用关系及控制参数的环境中实现协同仿真基于仿真步长级的多向耦合控制，采用如下的手段，协调仿真步长不一致的各子系统实现耦合控制仿真。本发明全面考虑列车动力学、弓网动力学、空气动力学、车-线耦合动力学，车辆-空气耦合动力学等相关领域的影响，实现高速列车-线路-弓网-气动-牵引供电等领域间基于积分步长级的耦合计算，充分考虑高速列车与轨道线路、接触网、气流等周边环境的相互影响。

主权项

高速列车系统动力学耦合仿真方法，在基于接口的多设备参数、多领域间的相互作用关系及控制参数的环境中实现协同仿真基于仿真步长级的多向耦合控制，采用如下的手段，协调仿真步长不一致的各子系统实现耦合控制仿真：(1)根据子系统的仿真步长，将子系统划分为三层，第一层包括列车子系统、线路子系统和弓网子系统，该层的仿真步长记为S＝5×10^‑5s，耦合仿真控制步长记为SI1＝5×10^‑5s，第二层为空气动力学子系统，该层的耦合仿真控制步长记为SI2＝1×10^‑3s，第三层为牵引供电子系统，该层的耦合仿真控制步长记为SI3＝1×10^‑1s，并设置耦合仿真结束条件；(2)为每个层次设置一个累积仿真步长，第一层累积仿真步长记为SA1，第二层累积仿真步长记为SA2，第三层累积仿真步长记为SA3，并初始化SA1＝0，SA2＝0，SA3＝0；(3)初始化各子系统间的耦合关系接口数据；(4)加载各子系统仿真模型，初始化各子系统；(5)各层累积仿真步长值增加第一层仿真步长值，并作如下判别：1)如果第一层累积仿真步长值大于等于第一层耦合仿真控制步长值，即SA1>＝SI1，则更新第一层子系统间的耦合关系接口数据，激活第一层子系统进行单步长仿真计算，否则仿真退出并告警；2)如果第二层累积仿真步长值大于等于第二层耦合仿真控制步长值，即SA2>＝SI2，则更新第一和第二层子系统间的耦合关系接口数据，激活第二层子系统进行单步长仿真计算，否则跳到(7)，判别程序是否结束；3)如果第三层累积仿真步长值大于等于第三层耦合仿真控制步长值，即SA3>＝SI3，则更新第一、第二和第三层子系统间的耦合关系接口数据，激活第三层子系统进行单步长仿真计算，否则跳到(7)，判别程序是否结束；(6)子系统被激活进行单步长仿真，各子系统被激活进行单步长仿真计算时，其计算流程相同，以列车子系统为例，其流程如下：1)激活列车子系统仿真计算；2)获取系统输入数据，系统输入数据是指该子系统上一次仿真计算结果中需要作为本次仿真的输入条件的数据，在第一步仿真计算时，系统输入数据为该子系统的初始化数据；3)获取耦合输入数据，系统耦合数据是指有耦合关系的相关子系统作用于该子系统的数据，作为该子系统的边界输入条件，由有耦合关系的相关子系统在上一次仿真计算时生成，在第一步仿真计算时，耦合输入数据为相关子系统的耦合关系接口数据的初始化数据；4)列车子系统单步长仿真计算，列车子系统利用给定的仿真步长、输入条件和边界条件，进行一次仿真计算，SA1的值增加列车子系统的仿真步长值；5)输出系统单步仿真结果数据，该结果数据包含两部分内容：系统中间数据和系统分析数据，系统中间数据是指该子系统本次仿真计算结果中需要作为下一次仿真的输入条件的数据，系统分析数据是指该子系统本次仿真计算结果中用于后处理应用分析的数据；6)生成耦合输出数据，耦合输出数据是作用于有耦合关系的相关子系统的数据，经耦合器作用更新相关子系统间的耦合关系接口数据后，作为这些子系统的边界输入条件；7)列车子系统计算等待，本次仿真计算完成后，列车子系统等待下一次仿真激活；(7)判断是否满足仿真结束条件，如果满足条件，则仿真结束退出，否则，返回到第(5)步，继续仿真。