基于MBSE的燃气轮机系统建模及仿真方法研究

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燃气轮机模型的开发过程中需要不同领域的人员共同参与,不同领域人员对模型的理解层次不同,因此需要统一的规范体系,统筹考虑模型开发过程中的参与人,保障不同专业背景的人员都能参与到模型的开发过程中,使最终成果能满足初始需求,避免开发过程反复,提高建模效率。提出了采用基于模型的系统工程(Model-Based Systems Engineering,MBSE)构建统一规范的建模体系,在此体系下进行燃气轮机模型架构的开发,将燃气轮机模型架构生成仿真模型框架,在仿真模型框架的约束下建立燃气轮机仿真模型。选取Arcadia方法作为燃气轮机模型架构的开发流程。在MBSE方法实现的建模平台中通过GOPPRR元元模型构建了适用于燃气轮机模型架构开发的特定域建模语言元模型库,通过这种形式化的建模语言描述模型架构设计的各个环节,可以保障不同领域人员对模型信息理解的一致性。在模型架构建立过程中设计了基于元模型的架构驱动算法建立模型间的追溯关系,可以实现对初始需求的动态响应。设计代码生成算法根据模型架构模型表达的内容自动转化为仿真模型框架,为仿真模型的建立提供指导。选取300MW的F级燃气轮机为对象,分别基于性能仿真需求和控制需求建立仿真模型,给出仿真结果证明了基于MBSE的建模体系的正确性,可以实现对需求的动态响应,并从模型重用的角度给出了提高模型开发效率的机制。
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