SaberRD導(dǎo)入FMU的步驟概述

簡介功能模擬單元(Functional Mock-up Unit, FMU)是一種模擬模型，它描述了由微分方程、代數(shù)方程和離散時(shí)間方程構(gòu)成的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。功能模擬接口(Functional Mock-up Interface, FMI)是為在不同仿真環(huán)境下對這些方程進(jìn)行評估而定義的標(biāo)準(zhǔn)接口。

Saber支持導(dǎo)入FMU 2.0，通過將擴(kuò)展為. FMU的FMU模型轉(zhuǎn)換為等效的MAST模型，F(xiàn)MU 2.0是模型交換接口之一。生成的MAST模型繼承了MAST的所有特征，適用于所有分析，如DC(工作點(diǎn)分析)、AC(小信號分析)、TR(瞬態(tài)分析)以及高級環(huán)路分析，如MC(統(tǒng)計(jì)蒙特卡羅分析)和Vary(確定性參數(shù)掃描分析)。

01

FMI概述

• FMl是一個(gè)獨(dú)立于工具的標(biāo)準(zhǔn)，使用xml文件和c代碼(在DLL/共享庫中編譯或在源代碼中編譯)的組合來支持模型交換和動(dòng)態(tài)模型的聯(lián)合模擬。它的目標(biāo)是改善供應(yīng)商和原始設(shè)備制造商之間的仿真模型交換。FMUs的應(yīng)用非常有限，它在交換信號流數(shù)據(jù)方面非常有用。FMUs不能用于跨越守恒能量邊界。因此，如果在FMU和導(dǎo)入模擬器之間存在加載效應(yīng)的情況下使用FMU，則它將不起作用。
• FMI模型交換標(biāo)準(zhǔn)定義了在工具之間交換動(dòng)態(tài)模型的接口。Saber支持FMU導(dǎo)入功能。
• FMU以zip文件的形式發(fā)布。zip文件包含:
  lFMI描述文件(XML格式)。

下列一項(xiàng)或兩項(xiàng):

• FMU的C源和所需的運(yùn)行時(shí)庫。
• 一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)計(jì)算機(jī)的二進(jìn)制文件，例如Windows動(dòng)態(tài)鏈接庫(.dll)或Linux共享對象庫(.so)。
• FMU特定文件格式的附加FMU數(shù)據(jù)，例如表或圖。
  注意:如果FMU提供者希望隱藏源代碼以保護(hù)敏感數(shù)據(jù)，則特別需要提供二進(jìn)制文件而不是C源代碼。FMU還可以包含物理參數(shù)或幾何尺寸，這些參數(shù)不應(yīng)該是開放的，而應(yīng)該以二進(jìn)制格式共享。以二進(jìn)制格式提供庫還可以在另一個(gè)模擬環(huán)境中實(shí)現(xiàn)FMU的全自動(dòng)導(dǎo)入。另一方面，有些功能需要源代碼。
• FMU的示意圖如下圖所示：

*Figure 1 *Data flow between the environment and an FMU

02

Saber導(dǎo)入FMU的方法

通過拖放方法將FMU導(dǎo)入庫

導(dǎo)入FMU最簡單的方法是拖放方法。要將一個(gè)FMU導(dǎo)入到庫中，請遵循以下步驟:

1.打開文件瀏覽器，選擇要導(dǎo)入的FMU (*. FMU)，并將其拖放到現(xiàn)有庫中。見下圖。

*Figure 2 *Import of an FMU by Drag-and-Drop method

2.將FMU放入庫后，將FMU文件復(fù)制到庫中。

在庫中自動(dòng)創(chuàng)建一個(gè)新的等效MAST模型。生成的模型的名稱與FMU的modelDescription.xml中定義的< modelelldentifier >相同，并且是小寫字母。同時(shí)還創(chuàng)建了原理圖符號。在此過程中，符號輔助向?qū)⒋蜷_，如下圖所示。從符號助手向?qū)е?，可以重新排列引腳的位置，旋轉(zhuǎn)符號方向，并查看轉(zhuǎn)換模型的日志信息。

Figure 3**Symbol Assistant Wizard

3.右鍵單擊添加了新FMU模型的庫。從彈出式菜單選擇編譯庫…或Update Library…。編譯庫后，新的FMU模型就可以進(jìn)行仿真了。新的MAST模型的文檔在更新庫之后也可以得到。

手動(dòng)將FMU導(dǎo)入庫

手動(dòng)將FMU導(dǎo)入庫要手動(dòng)將FMU添加到庫中，執(zhí)行以下步驟:

1.右鍵單擊要添加FMU的庫，在彈出菜單中選擇add Items…。打開文件瀏覽器。

2.在“文件名”列表中選擇文件類型FMU Models (*. FMU)。

3.選擇FMU，單擊Open。所選的FMU被添加到庫中。另外，在庫中生成一個(gè)新的MAST模型和一個(gè)符號。

4.編譯新模型。右鍵單擊添加了新FMU模型的庫。從彈出式菜單選擇編譯庫…或Update Library…。庫被編譯，新的FMU模型已經(jīng)準(zhǔn)備好進(jìn)行仿真。此外，在更新庫之后，可以獲得新的MAST模型的文檔。將FMU手動(dòng)添加到庫的方法如下圖所示。

將FMU手動(dòng)添加到庫的方法如下圖所示。

*Figure 4 *Manual Addition of an FMU to a Library

**使用AIM命令將FMU轉(zhuǎn)換為MAST模型
**

本實(shí)例將考慮FCC和CISPR標(biāo)準(zhǔn)，以檢查設(shè)計(jì)是否符合標(biāo)準(zhǔn)。圖2所示為本標(biāo)準(zhǔn)對a類設(shè)備規(guī)定的傳導(dǎo)輻射限值作為頻率的函數(shù)。

也可以通過AIM命令導(dǎo)入FMU: FMU2MAST。AIM命令格式如下:

FMU：FMU2MAST foo.fmu -output dirname -statepin discretelnu -debug onloff

上述語法中各選項(xiàng)的說明如下:

• -output:指定保存新生成的MAST模型的目錄名。如果未指定輸出目錄名，則新生成的MAST模型保存在當(dāng)前目錄中。
• -statepin:指定FMU導(dǎo)入過程中用于狀態(tài)引腳的單元類型。默認(rèn)選項(xiàng)是離散的。使用此選項(xiàng)，狀態(tài)引腳將使用FMU中定義的相同單元?jiǎng)?chuàng)建。如果該選項(xiàng)指定為nu，則創(chuàng)建狀態(tài)引腳時(shí)不帶任何單位，并且忽略FMU中定義的端口類型的單位。
• -debug:將調(diào)試信息記錄在日志文件中。如果設(shè)置為on，則詳細(xì)的調(diào)試信息將記錄在日志文件中。默認(rèn)為關(guān)閉。

使用AIM命令FMU:FMU2MAST，只生成等效的MAST模型，不需要為其生成符號和文檔。要使該模型可用于模擬器，您需要將該模型添加到庫并編譯庫，以便創(chuàng)建符號和文檔。有關(guān)如何將MAST模型添加到庫的更多信息，請參閱庫管理器用戶指南。

03

支持的模擬分析

支持的分析

• 工作點(diǎn)分析
• DT(工作點(diǎn)掃描分析)
• 交流小信號分析
• PAC(周期交流分析)
• 瞬態(tài)分析
• Alter(參數(shù)變更)
• 并行模式
• 蒙特卡羅統(tǒng)計(jì)分析
• 參數(shù)掃描分析
• 多變量分析
• PZ(零點(diǎn)極分析)
• 靈敏度分析

不支持的分析

• 應(yīng)力分析:由于FMU中沒有可用的應(yīng)力信息，因此在應(yīng)力分析中不支持生成的MAST模型。然而，如果需要為導(dǎo)入的FMU模型支持應(yīng)力分析，您可以將應(yīng)力測量添加到生成的MAST模型的control_section中。
• 故障分析:故障分析不支持導(dǎo)入的FMU模型。

04

模型局限性

由FMU生成的MAST模型有以下幾個(gè)限制:

• Saber不支持FMI 1.0。Saber只支持FMI 2.0。
• FMI有兩個(gè)接口:模型交換和聯(lián)合仿真。
• Model-Exchange接口標(biāo)準(zhǔn)中有導(dǎo)入和導(dǎo)出兩種模式。
• FMU可以在一個(gè)FMU中為多個(gè)平臺提供二進(jìn)制庫。目前，F(xiàn)MU導(dǎo)入僅支持Windows和Linux上32位格式的FMU。這兩個(gè)平臺都不支持64位fmu。
• 在FMI中，用字符串類型定義端口是合法的。但是，Saber不支持字符串類型的端口。因此，具有字符串端口的FMU不能轉(zhuǎn)換為MAST模型。FMU中具有枚舉單元的離散端口被轉(zhuǎn)換為具有單元的等效狀態(tài)引腳。但是，F(xiàn)MU中沒有為用于離散端口的枚舉單元定義沖突解決函數(shù)。因此，等效的MAST狀態(tài)引腳沒有沖突解決功能。如果需要將這種引腳連接到具有分辨率功能的MAST引腳上，則可以開發(fā)轉(zhuǎn)換模型，將沒有分辨率功能的邏輯轉(zhuǎn)換為具有分辨率功能的邏輯。FMI目前不支持電、液壓等節(jié)能接口。
• 在FMU導(dǎo)入過程中，不可能使用能量保守引腳創(chuàng)建MAST模型。但是，如果系統(tǒng)沒有能量保守變量作為端口，并且系統(tǒng)在模型內(nèi)部滿足KCL和KVL定律，則可以將能量保守FMU系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為單個(gè)MAST模型。
• FMI和MAST都有一個(gè)物理單元定義。但是，F(xiàn)MI物理單位并不轉(zhuǎn)換為等效單位。所有連續(xù)變量都轉(zhuǎn)換為MAST，沒有nu(無單位)單位。然后將枚舉單元轉(zhuǎn)換為等效的MAST枚舉類型和狀態(tài)單元。