【Flomaster案例01】Flomaster与MATLAB联合仿真案例教程
前言
本案例演示了采用Flomster和Matlab联合仿真的方式，研究一个简单的泵网络，在该网络中我们控制泵的速度，并使用联合模拟边界输出质量流量。
孔子曰：“三人行，则必有我师！”本案例短文是基于本作者知识范围所撰写，意在抛砖引玉。大家如果还有更好的方法或者对本文存在疑问的地方，欢迎在文章末尾留言！
什么是FMI?
“Functional Mockup Interface (FMI)是一个独立于标准的工具，它支持模型交换和使用xml文件和编译后C代码的动态模型的联合仿真。该项目由戴姆勒公司(Daimler AG)发起，旨在改善供应商和原始设备制造商之间的仿真模型交换。这允许OEM使用来自每个供应商的系统的离散包，供应商可以有效地保护他们的IP。FMI支持超过108种工具，在欧洲、亚洲和北美的汽车和非汽车组织中都使用。
什么是FMU?
功能模型单元是一种与FMI标准兼容的模型，它是为模拟而创建的。它通常由一个ZIP文件组成，其中包含已编译的dll文件、资源和描述。这些可以配置为联合模拟或模型交换。
在Fomaster中如何工作？
为了使仿真符合FMI，必须定义输入和输出块，这些块可以映射到主程序中相应的信号。这是通过使用一个特定的联合模拟边界实现的，它的功能就像网络中的控制器一样(图1).这些程序将输入信号传递给网络，并挑选出输出信号与主程序通信。
这些协同仿真边界可以在‘控制器→协同仿真边界’中找到。
Flomaster模型概况
本样本系统考虑了一个简单的泵网络，我们控制泵的速度，并从模拟中读取质量流量(图2)。两台泵从单个水箱抽取液体，每台泵的输出端都有一个止回阀。流体通过两根管道输送，管道之间有一个球阀。一个“FMU out”块位于球阀的输出端。
仿真数据
泵的转速通过FMI持续输入，流量数据持续输出，阀门和管道直径固定不变，为0.3m。
在FMI输入块，设置如下数据:
• Output Initial Value – 500 rpm
• Output Clipping Value (Minimum value) – 0 rpm
• Output Clipping Value (Maximum value) – 5000 rpm.
只需连接FMI输出块就会自动设置输出类型，所以这里不需要输入。
可以为两个FMU模块分配标题，以便在后续阶段识别输入和输出。这些可以通过“Identification→Title Field”设置。
导出
要导出此模型。特别注意，导出fmu模型的名字一定不要用中文字符，建议采用全英文字符。否则会在simulation中引起报错。
识别出联合仿真边界及其各自的输入输出参数，如图红框所示。为了方便使用，可以使用任何最上面的字段进行过滤。
固定参数、连续输入参数的初始值将会被看到，在蓝色线框内，可以改变FMU的设置：
•与导出模型相关联的图像
•导出文件的位置。
点击“导出”，Simcenter Flomaster FMU将被创建，并准备导入到其他主程序中（matlab或amesim）。
导入MATLAB Simulink
本例中使用了MATLAB R2018a。
当FMU被导入到主程序时，所有的名字和信息都被带进来并贴上标签，连同伴随的图像。
所有标准FMI协议已到位:
•FMU调试日志级别(OK, Warning, Fatal)
•联合模拟时间步长选项。
首先打开MATLAB Simulink，创建一个空白模型。打开Simulink Library Browser。对于导入，“Simulink Extras→ FMU Import in the Simulink Library Browser→FMU Import Block”。使用对话框将导入块指向导出的FMU(图5)。建议将FMU复制到Simulink可以访问的目录中。
现在可以创建一个简单的Simulink网络来运行快速模拟(图6)。使用正弦源来测量泵的转速，并使用测量质量流量的范围。
正弦源使用的数据如下(图7):
在“参数”窗口下的FMU块中，可以设置相关的变量参数。在“FMU设置(联合仿真)”窗口下，可以添加时间步长(通信步长)，以及所需的调试级别(图8)。
如果“通信步长”保持在-1，时间步长将默认为主程序设置的步长。但是，如果模拟是分析浪涌或快速瞬变事件，则不建议这样做。
Matlab内曲线图
Flomaster内曲线图
总结
在Simcenter Flomaster中，一个FMU模型交换导出运行实验创建的响应面。导入的基于响应面的FMU，可以通过对表面数据的点和截面进行定位，快速获得结果。与单独重新运行不同的模拟相比，使用FMU Model Exchange运行一个实验并导出一个表面是非常节省时间的，在这种情况下，必须考虑许多可能的结果。表格控制器提供的输入信号可以用来为变量变化或模式行为建模，这样就可以生成输出结果的预期行为。这些输出结果可作为其他fmu的输入信号，使各fmu系统相互作用。
