水箱压力调节器

在本节中，我们将逐步为水箱压力调节器创建SysML参数模型，该模型由两个相连的水箱，一个水源和两个控制器组成，每个控制器监视水位并控制阀门以调节系统。

我们将解释SysML模型，创建它并设置SysMLSim配置。然后，我们将使用OpenModelica运行仿真。

正在建模的系统

该图描绘了两个连接在一起的水箱，以及一个填充第一个水箱的水源。每个水箱都连接有一个比例积分（PI）连续控制器，该控制器将水箱中的水位调节到参考水位。当水源向第一个水箱注满水时，PI连续控制器会根据水箱的实际水位调节水箱的出水量。来自第一个水箱的水流入第二个水箱，PI连续控制器也试图对其进行调节。这是一个自然且非特定领域的物理问题。

创建SysML模型

零件	讨论区
端口类型	坦克有四个端口。将它们键入以下三个块： ReadSignal：读取液位；具有单位为“ m”的属性“ val” ActSignal：发送给执行器以设置阀位的信号 LiquidFlow：入口或出口处的液体流；它的属性为“ lflow”，单位为“ m ³ / s”
块定义图	LiquidSource：进入水箱的水必须来自某个地方，因此水箱系统中有一个水源组件，其flowLevel属性的单位为'm ³ / s'。端口“ qOut”键入为“ LiquidFlow”。储罐：储罐通过端口连接到控制器和液体源。每个坦克有四个端口： -qIn：用于输入流量 -qOut：用于输出流量 -tSensor：用于提供液位测量 -tActuator：用于设置阀门在出口处的位置坦克特性： -面积（单位='m ² '）：储罐的面积，涉及质量平衡方程 -h（单位='m'）：水位，与质量平衡有关方程;其值由传感器读取 -flowGain（单位='m ² / s'）：输出流量与阀门有关流量位置 -minV，maxV：输出阀流量极限 BaseController：该块可以是PI Continuous Controller和PI Discrete Controller的替代。端口： -cIn：输入传感器电平 -cOut：执行器控制特性： -Ts（单位='s'）：离散采样之间的时间段（未使用在这个例子中） -K：增益系数 -T（单位='s'）：控制器的时间常数 -参考：参考等级 -错误：参考水平与实际水平之间的差异从传感器获得的水位 -outCtr：执行器的控制信号，用于控制阀门位置 PIcontinuousController：从BaseController概括特性： -x：控制器状态变量
约束块	在时间= 150时，流量急剧增加到先前流量水平的三倍，这产生了一个有趣的控制问题，水箱的控制器必须处理该问题。调节储罐性能的中心方程是质量平衡方程。输出流量通过“ flowGain”参数与阀位置相关。传感器仅读取罐的液位。这些图中说明了为“ BaseController”和“ PIcontinuousController”定义的约束。
内部框图	这是具有单个储罐的系统的内部框图。这是具有两个连接的储罐的系统的内部框图。

运行模拟

由于TankPI和TanksConnectedPI被定义为“ SysMLSimModel”，因此将在“模拟”页面上的“模型”的组合框中填充它们。

选择TanksConnectedPI ，并观察发生的这些GUI更改：

“数据集”组合框：将填充TanksConnectedPI中定义的所有数据集
“依赖”列表：将自动收集所有的块，约束，和SimFunctions由值类型TanksConnectedPI直接或间接引用（这些元素将作为Modelica的代码来生成）
“要绘制的属性”：将收集一长串“叶”变量属性（即它们没有属性）；您可以选择一个或多个进行模拟，它们将成为情节的传奇

创建工件并配置

选择“模拟>系统行为> Modelica / Simulink> SysMLSim配置管理器”

包中的元素将被加载到配置管理器中。

如下表所示配置这些块及其属性。

注意：默认情况下，未配置为“ SimConstant”的属性为“ SimVariable”。

块	物产
液体源	配置为“ SysMLSimClass”。属性配置： flowLevel：设置为“ SimConstant”
坦克	配置为“ SysMLSimClass”。属性配置：区域：设置为“ SimConstant” flowGain：设置为“ SimConstant” maxV：设置为“ SimConstant” minV：设置为“ SimConstant”
BaseController	配置为“ SysMLSimClass”。属性配置： K：设为“ SimConstant” T：设置为“ SimConstant” Ts：设置为“ SimConstant” 参考：设为“ SimConstant”
PIcontinuousController	配置为“ SysMLSimClass”。
TankPI	配置为“ SysMLSimModel”。
TanksConnectedPI	配置为“ SysMLSimModel”。

设置数据集

右键单击每个元素，选择“创建仿真数据集”选项，然后配置该数据集，如下表所示。

元件	数据集
液体源	流量水平：0.02
坦克	h.start：0 流量增益：0.05 面积：0.5 最大V：10 minV：0
BaseController	电话：10 K：2 Ts：0.1
PIcontinuousController	无需配置。默认情况下，特定的块将使用超级块的默认dataSet中的配置值。
TankPI	有趣的是，可以在“配置仿真数据”对话框中加载默认值。例如，将我们在每个Block元素上配置为默认dataSet的值作为TankPI属性的默认值加载。单击每一行上的图标，以将属性的内部结构扩展到任意深度。单击确定按钮，然后返回到配置管理器。然后配置这些值： tank.area：1会覆盖Tank Block数据集中定义的默认值0.5 piContinuous.ref：0.25
TanksConnectedPI	controller1.ref：0.25 controller2.ref：0.4

仿真与分析1

选择这些变量，然后单击求解按钮。该图应提示：

source.qOut.lflow
tank1.qOut.lflow
tank1.h
tank2.h

以下是结果分析：

液体流量在时间= 150时急剧增加，达到0.06 m ³ / s，是先前流量水平（0.02 m ³ / s）的三倍

如预期的那样，将Tank1的高度调整为0.25，将tank2的高度调整为0.4（我们通过数据集设置参数值）
在模拟过程中，tank1和tank2均进行了两次调节。第一次调节流量为0.02 m ³ / s；第二次调节流量水平0.06 m ³ / s
从Tank1流出之前Tank2为空

仿真与分析2

在示例中，我们将储罐的属性“ minV”和“ maxV”分别设置为0和10。在现实世界中，流速为10 m ³ / s时，需要在水箱上安装一个很大的阀门。

如果将“ maxV”的值更改为0.05 m ³ / s会发生什么？在以前的模型的基础上，我们可以进行以下更改：

在TanksConnectedPI的现有“ DataSet_1”上，右键单击并选择“ Duplicate DataSet”，然后重命名为“ Tank2WithLimitValveSize”
单击按钮进行配置，展开“ tank2”，然后在属性“ maxV”的“值”列中键入“ 0.05”
在“模拟”页面上选择“ Tank2WithLimitValveSize”，并绘制属性
单击求解按钮执行模拟