水箱压力调节器

在本节中，我们将介绍为水箱压力调节器创建 SysML 参数模型，该模型由两个连接的水箱、一个源和两个控制器组成，每个控制器监控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。然后我们将使用运行仿真。

正在建模的系统

此图描绘了连接在一起的两个源，以及填充第一个水箱的水源。每个水箱都有一个与其相连的比例积分 (PI) 连续控制器，它将水箱中的水位调节到参考水位。当源向第一个水箱注水时，PI 连续控制器根据水箱的实际水位调节水箱的流出量。第一个水箱中的水流入第二个水箱，PI 连续控制器也试图对其进行调节。这是一个自然的、非特定领域的物理问题。

创建 SysML模型

部件	讨论
端口类型	坦克有四个端口，它们分别输入到这三个块中： ReadSignal：读取液位；这有一个单位为“m”的属性“val” ActSignal：用于设置阀门位置的执行器信号 LiquidFlow：入口或出口处的液体流量；这有一个属性“lflow”，单位为“m ³ /s”
块定义图表	LiquidSource：进入水箱的水一定来自某个地方，因此我们在水箱系统中有一个液体源组件，属性flowLevel的单位为“m ³ /s”。 A “端口”键入为“端口”。水箱：水箱通过端口连接到控制器和液体源。每个 Tank 有四个端口： - qIn：用于输入流 - qOut：用于输出流 - 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属性： - 体积（单位='m ³ '）：罐的容量，参与质量平衡方程 - h（单位='m'）：水位，参与质量平衡方程;它的值由传感器读取 - flowGain（单位='m ³ /s'）：输出流量与阀门有关按流量增益定位 - minV, maxV：输出阀流量的限制 BaseController：这个块可以是 PI Continuous控制器和 PI Discrete控制器的父级或祖先。端口： - cIn：输入传感器电平 -控件：控制执行器属性： - Ts（单位='s'）：离散样本之间的时间周期（未使用在这个例子中） - K ：增益因子 - T (unit = 's'): 控制器的时间常数 - 参考：参考水平 - 误差：参考水平与实际水平之间的差异水位，从传感器获得 - outCtr：到执行器的控制信号，用于控制阀门位置 PIcontinuousController：从 BaseController 专门化属性： -x：控制器状态变量
约束块	流量在时间=150 时急剧增加至先前流量水平的三倍，这产生了一个有趣的控制问题，罐的控制器必须处理。调节罐性能的中心方程是质量平衡方程。输出流量通过“flowGain”参数与阀门位置相关。传感器只是读取水箱的液位。这些图中说明了为“BaseController”和“PIcontinuousController”定义的约束。
内部块图表	这是具有单个水箱的系统的内部块图。这是具有两个连接罐的系统的内部块图。

运行仿真

由于TankPI和TanksConnectedPI被定义为“SysMLSimModel”，因此它们将列在“仿真”页面的“模型”组合框中。

选择TanksConnectedPI ，并观察这些 GUI 发生的变化：

“数据集”组合框：将填充TanksConnectedPI中定义的所有数据集
'Dependencies' 列表：将自动收集 TanksConnectedPI 直接或间接引用的所有 Blocks、约束、 SimFunctions和 ValueTypes（这些元素将生成为 OpenModelica 代码）
'属性Plot'：将收集一长串'叶子'变量属性（即它们没有属性）；您可以选择一个或几个进行模拟，属性将显示在图例中

工件和配置

选择“仿真>系统行为> Modelica/Simulink >配置管理器”

包中的元素将被加载到配置管理器中。

配置这些块及其属性，如本表所示。

注记：未配置为“属性”的属性默认为“SimVariable”。

块	属性
液体源	配置为“配置”。属性配置： flowLevel：设置为“SimConstant”
坦克	配置为“配置”。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”
基本控制器	配置为“配置”。属性配置： K ：设置为“SimConstant” T ：设置为“SimConstant” Ts：设置为“SimConstant” 参考：设置为“SimConstant”
PI连续控制器	配置为“配置”。
坦克PI	配置为“配置”。
TanksConnectedPI	配置为“配置”。

设置数据集

右键单击每个元素，选择“创建仿真数据集”选项，然后配置数据集，如本表所示。

元素	数据集
液体源	流量等级：0.02
坦克	h.开始：0 流量增益：0.05 面积：0.5 最大V：10 最小伏特：0
基本控制器	T ：10 K : 2 TS: 0. 1
PI连续控制器	无需配置。默认情况下，特定块将使用超级块的默认数据集中配置的值。
坦克PI	这里有趣的是可以在“配置仿真数据”对话框中加载默认值。例如，我们在每个块元素上配置为默认数据集的值被加载为属性的默认值。单击每行上的图标可将属性的内部结构扩展到任意深度。点击确定按钮，返回配置管理器。然后配置这些值： tank.area: 1这会覆盖 Tank块数据集中定义的默认值 0.5 piContinuous.ref：0.25
TanksConnectedPI	控制器1.ref：0.25 控制器2.ref：0.4

仿真分析1

选择这些变量并单击求解按钮。这个情节应该提示：

源.qOut.lflow
tank1.qOut.lflow
坦克1.h
坦克2.h

以下是对结果的分析：

液体流量在时间=150 时急剧增加，达到 0.06 m ³ /s，是之前流量 (0.02 m ³ /s) 的三倍
Tank1 调节高度 0.25，tank2 调节高度 0.4 符合预期（我们通过数据集设置参数值）

在模拟过程中，tank1 和 tank2 都进行了两次调节；首次调节流量0.02 m ³ /s；第二次调节流量 0.06 m ³ /s
在 tank1 有任何流量之前 Tank2 是空的

仿真分析2

在示例中，我们将坦克的属性“minV”和“maxV”分别设置为值 0 和 10。在现实世界中，10 m ³ /s 的流量需要在水箱上安装一个非常大的阀门。

如果我们将“maxV”的值更改为 0.05 m ³ /s 会发生什么？基于之前的模型，我们可能会做出这些改变：

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