本技術(shù)涉及波浪能浮子模型仿真，尤其涉及一種波浪能浮子模型時域仿真方法及相關(guān)裝置。

背景技術(shù)：

1、波浪能是一種分布范圍廣、能量密度高的可再生能源。波浪發(fā)電技術(shù)能夠?qū)⒉ɡ酥械膭幽苻D(zhuǎn)化為電能，是一種清潔環(huán)保的發(fā)電方式。在波浪能裝置投入使用前需要對波浪能裝置進(jìn)行仿真，以評估波浪能裝置的性能，從而優(yōu)化波浪能浮子的設(shè)計(jì)。

2、目前，在對波浪能浮子模型進(jìn)行時域仿真時，現(xiàn)有技術(shù)大多采用過程式建模(因果建模)的思想，利用如fortran語言、c語言等對波浪能浮子模型建模與求解，雖然滿足了工程實(shí)際需求，但對工程師而言，不僅要掌握波浪能浮子模型的數(shù)學(xué)推導(dǎo)與過程分解，還需要明確求解順序、系統(tǒng)解耦與求解等過程，大大增加了工作量；并且現(xiàn)有仿真方法的可重用性、可重構(gòu)性和可擴(kuò)展性較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)提供了一種波浪能浮子模型時域仿真方法及相關(guān)裝置，用于改善現(xiàn)有技術(shù)存在的建模過程復(fù)雜、可重用性、可重構(gòu)性和可擴(kuò)展性較差的技術(shù)問題。

2、有鑒于此，本技術(shù)第一方面提供了一種波浪能浮子模型時域仿真方法，包括：

3、對波浪能浮子模型進(jìn)行分解，得到重力場模型、波浪能浮子系統(tǒng)模型、波浪力計(jì)算模型、浮力計(jì)算模型、附加質(zhì)量計(jì)算模型、阻尼力計(jì)算模型、靜水回復(fù)力計(jì)算模型、粘性力計(jì)算模型；

4、通過openmodelica對分解得到的各子模型進(jìn)行建模并對各子模型建立連接關(guān)系，通過求解器求解模型，包括：

5、通過openmodelica對所述重力場模型進(jìn)行建模，確定各子模型所在的重力場；

6、通過openmodelica對連接波浪能浮子的桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，設(shè)置彈簧剛度和阻尼器阻尼，通過設(shè)置浮子的相關(guān)參數(shù)計(jì)算浮子的位移、速度、加速度、角位移、角速度和角加速度，并將所述波浪能浮子系統(tǒng)模型與剩余的各子模型建立連接關(guān)系；

7、通過openmodelica對所述浮力計(jì)算模型進(jìn)行建模獲取浮力，并將所述浮力傳遞給所述波浪能浮子系統(tǒng)模型；

8、通過openmodelica對所述粘性力計(jì)算模型進(jìn)行建模，根據(jù)所述波浪能浮子系統(tǒng)模型傳遞的浮子的速度和角速度計(jì)算粘性力，并將所述粘性力傳遞給所述波浪能浮子系統(tǒng)模型；

9、通過openmodelica對所述波浪力計(jì)算模型進(jìn)行建模，根據(jù)所述波浪能浮子系統(tǒng)模型傳遞的浮子的初始角度和位移計(jì)算波浪力，并將所述波浪力傳遞給所述波浪能浮子系統(tǒng)模型；

10、通過openmodelica對所述阻尼力計(jì)算模型進(jìn)行建模獲取阻尼力，并將所述阻尼力傳遞給所述波浪能浮子系統(tǒng)模型；

11、通過openmodelica對所述附加質(zhì)量計(jì)算模型進(jìn)行建模，根據(jù)所述波浪能浮子系統(tǒng)模型傳遞的浮子的加速度和角加速度計(jì)算附加質(zhì)量力，并將所述附加質(zhì)量力傳遞給所述波浪能浮子系統(tǒng)模型；

12、通過openmodelica對所述靜水回復(fù)力計(jì)算模型進(jìn)行建模，根據(jù)所述波浪能浮子系統(tǒng)模型傳遞的浮子的位移和角位移計(jì)算靜水回復(fù)力，并將所述靜水回復(fù)力傳遞給所述波浪能浮子系統(tǒng)模型；

13、設(shè)置仿真時長和時間步，通過求解器對構(gòu)建的模型進(jìn)行求解。

14、可選的，通過openmodelica對所述粘性力計(jì)算模型進(jìn)行建模，根據(jù)所述波浪能浮子系統(tǒng)模型傳遞的浮子的速度和角速度計(jì)算粘性力，并將所述粘性力傳遞給所述波浪能浮子系統(tǒng)模型，包括：

15、通過openmodelica中的realinput模塊接收所述波浪能浮子系統(tǒng)模型傳遞的浮子的速度和角速度，通過openmodelica中的gain模塊設(shè)置阻尼值；

16、將realinput模塊與gain模塊相連，輸出速度、角速度與阻尼值相乘得到的粘性力；

17、將gain模塊與openmodelica中的forceandtorque模塊相連，以將所述粘性力轉(zhuǎn)換為力與力矩，并通過openmodelica中的frame_b將所述粘性力轉(zhuǎn)換得到的力與力矩傳遞給所述波浪能浮子系統(tǒng)模型。

18、可選的，通過openmodelica對所述波浪力計(jì)算模型進(jìn)行建模，根據(jù)所述波浪能浮子系統(tǒng)模型傳遞的浮子的初始角度和位移計(jì)算波浪力，并將所述波浪力傳遞給所述波浪能浮子系統(tǒng)模型，包括：

19、通過openmodelica中的realinput模塊接收所述波浪能浮子系統(tǒng)模型傳來的浮子的初始角度和位移；

20、在openmodelica中構(gòu)建波浪力計(jì)算模型，將浮子的初始角度和位移代入所述波浪力計(jì)算模型計(jì)算波浪力；

21、通過openmodelica中的forceandtorque模塊將所述波浪力轉(zhuǎn)換為力與力矩，再通過openmodelica中的frame_b將所述波浪力轉(zhuǎn)換得到的力和力矩傳遞給所述波浪能浮子系統(tǒng)模型。

22、可選的，通過openmodelica對所述阻尼力計(jì)算模型進(jìn)行建模獲取阻尼力，并將所述阻尼力傳遞給所述波浪能浮子系統(tǒng)模型，包括：

23、通過openmodelica中的realinput模塊接收所述波浪能浮子系統(tǒng)模型傳遞的浮子的速度和角速度；

24、在openmodelica中構(gòu)建阻尼力計(jì)算模型，將浮子的速度和角速度代入所述阻尼力計(jì)算模型計(jì)算得到阻尼力；

25、通過openmodelica中的forceandtorque模塊將所述阻尼力轉(zhuǎn)換為力與力矩，再通過openmodelica中的frame_b將所述阻尼力轉(zhuǎn)換得到的力和力矩傳遞給所述波浪能浮子系統(tǒng)模型。

26、可選的，通過openmodelica對所述阻尼力計(jì)算模型進(jìn)行建模獲取阻尼力，并將所述阻尼力傳遞給所述波浪能浮子系統(tǒng)模型，包括：

27、通過勢流頻域計(jì)算軟件獲取的附加質(zhì)量系數(shù)和勢流阻尼系數(shù)構(gòu)建頻域延遲函數(shù)，通過頻域回歸方法識別所述頻域延遲函數(shù)得到擬合的傳遞函數(shù)；

28、將所述傳遞函數(shù)轉(zhuǎn)換為狀態(tài)空間表示方式，獲取狀態(tài)空間系數(shù)；

29、在openmodelica中構(gòu)建狀態(tài)空間模型，將所述狀態(tài)空間系數(shù)代入所述狀態(tài)空間模型計(jì)算得到阻尼力；

30、通過openmodelica中的forceandtorque模塊將所述阻尼力轉(zhuǎn)換為力與力矩，再通過openmodelica中的frame_b將所述阻尼力轉(zhuǎn)換得到的力和力矩傳遞給所述波浪能浮子系統(tǒng)模型。

31、可選的，通過openmodelica對所述附加質(zhì)量計(jì)算模型進(jìn)行建模，根據(jù)所述波浪能浮子系統(tǒng)模型傳遞的浮子的加速度和角加速度計(jì)算附加質(zhì)量力，并將所述附加質(zhì)量力傳遞給所述波浪能浮子系統(tǒng)模型，包括：

32、通過openmodelica中的realinput模塊接收所述波浪能浮子系統(tǒng)模型傳遞的浮子的加速度和角加速度；

33、通過openmodelica中的gain模塊設(shè)置附加質(zhì)量值，將realinput模塊與gain模塊相連，輸出加速度、角加速度與附加質(zhì)量相乘得到的附加質(zhì)量力；

34、通過openmodelica中的forceandtorque模塊將所述附加質(zhì)量力轉(zhuǎn)換為力與力矩，再通過openmodelica中的frame_b將所述附加質(zhì)量力轉(zhuǎn)換得到的力和力矩傳遞給所述波浪能浮子系統(tǒng)模型。

35、可選的，通過openmodelica對所述靜水回復(fù)力計(jì)算模型進(jìn)行建模，根據(jù)所述波浪能浮子系統(tǒng)模型傳遞的浮子的位移和角位移計(jì)算靜水回復(fù)力，并將所述靜水回復(fù)力傳遞給所述波浪能浮子系統(tǒng)模型，包括：

36、通過openmodelica中的realinput模塊接收所述波浪能浮子系統(tǒng)模型傳遞的浮子的位移和角位移；

37、通過openmodelica中的gain模塊設(shè)置線性靜力學(xué)恢復(fù)剛度值；

38、將realinput模塊與gain模塊相連，輸出位移、角位移與線性靜力學(xué)恢復(fù)剛度值相乘得到的靜水回復(fù)力；

39、通過openmodelica中的forceandtorque模塊將所述靜水回復(fù)力轉(zhuǎn)換為力與力矩，再通過openmodelica中的frame_b將所述靜水回復(fù)力轉(zhuǎn)換得到的力和力矩傳遞給所述波浪能浮子系統(tǒng)模型。

40、本技術(shù)第二方面提供了一種波浪能浮子模型時域仿真裝置，包括：

41、分解單元，用于對波浪能浮子模型進(jìn)行分解，得到重力場模型、波浪能浮子系統(tǒng)模型、波浪力計(jì)算模型、浮力計(jì)算模型、附加質(zhì)量計(jì)算模型、阻尼力計(jì)算模型、靜水回復(fù)力計(jì)算模型、粘性力計(jì)算模型；

42、仿真單元，用于通過openmodelica對分解得到的各子模型進(jìn)行建模并對各子模型建立連接關(guān)系，通過求解器求解模型；

43、所述仿真單元具體用于：

44、通過openmodelica對所述重力場模型進(jìn)行建模，確定各子模型所在的重力場；

45、通過openmodelica對連接波浪能浮子的桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，設(shè)置彈簧剛度和阻尼器阻尼，通過設(shè)置浮子的相關(guān)參數(shù)計(jì)算浮子的位移、速度、加速度、角位移、角速度和角加速度，并將所述波浪能浮子系統(tǒng)模型與剩余的各子模型建立連接關(guān)系；

46、通過openmodelica對所述浮力計(jì)算模型進(jìn)行建模獲取浮力，并將所述浮力傳遞給所述波浪能浮子系統(tǒng)模型；

47、通過openmodelica對所述粘性力計(jì)算模型進(jìn)行建模，根據(jù)所述波浪能浮子系統(tǒng)模型傳遞的浮子的速度和角速度計(jì)算粘性力，并將所述粘性力傳遞給所述波浪能浮子系統(tǒng)模型；

48、通過openmodelica對所述波浪力計(jì)算模型進(jìn)行建模，根據(jù)所述波浪能浮子系統(tǒng)模型傳遞的浮子的初始角度和位移計(jì)算波浪力，并將所述波浪力傳遞給所述波浪能浮子系統(tǒng)模型；

49、通過openmodelica對所述阻尼力計(jì)算模型進(jìn)行建模獲取阻尼力，并將所述阻尼力傳遞給所述波浪能浮子系統(tǒng)模型；

50、通過openmodelica對所述附加質(zhì)量計(jì)算模型進(jìn)行建模，根據(jù)所述波浪能浮子系統(tǒng)模型傳遞的浮子的加速度和角加速度計(jì)算附加質(zhì)量力，并將所述附加質(zhì)量力傳遞給所述波浪能浮子系統(tǒng)模型；

51、通過openmodelica對所述靜水回復(fù)力計(jì)算模型進(jìn)行建模，根據(jù)所述波浪能浮子系統(tǒng)模型傳遞的浮子的位移和角位移計(jì)算靜水回復(fù)力，并將所述靜水回復(fù)力傳遞給所述波浪能浮子系統(tǒng)模型；

52、設(shè)置仿真時長和時間步，通過求解器對構(gòu)建的模型進(jìn)行求解。

53、本技術(shù)第三方面提供了一種電子設(shè)備，所述設(shè)備包括處理器以及存儲器；

54、所述存儲器用于存儲程序代碼，并將所述程序代碼傳輸給所述處理器；

55、所述處理器用于根據(jù)所述程序代碼中的指令執(zhí)行第一方面任一種所述的波浪能浮子模型時域仿真方法。

56、本技術(shù)第四方面提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)用于存儲程序代碼，所述程序代碼被處理器執(zhí)行時實(shí)現(xiàn)第一方面任一種所述的波浪能浮子模型時域仿真方法。

57、從以上技術(shù)方案可以看出，本技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

58、本技術(shù)提供的波浪能浮子模型時域仿真方法，利用openmodelica將波浪能浮子模型按勢流理論分解為多個子模型進(jìn)行建模，然后將各個子模型物理關(guān)系連接后，即可建立方程等式。選擇仿真時長和時間步，求解器會自動對時間進(jìn)行離散并求解方程組，大大減少了物理建模過程中的步驟并降低了求解方程組的難度，降低了建模過程的復(fù)雜度；本技術(shù)將各個子模型進(jìn)行抽象成一個類進(jìn)行單獨(dú)建模，然后將抽象出來的類進(jìn)行連接來解決整個系統(tǒng)的問題，連接后即建立了等式，求解器會自動對時間進(jìn)行離散并求解方程組，這增加了波浪能浮子模型的可拓展性；采用的openmodelica仿真平臺都提供了與類對應(yīng)的圖形化自定義模型，通過圖形模型的復(fù)用大大減小了復(fù)用難度和重構(gòu)難度，從而提高了波浪能浮子模型時域仿真方法的可重用性、可重構(gòu)性和可擴(kuò)展性。