基于Simplorer场路耦合多物理域联合仿真

多物理域联合仿真优选平台

Simplorer实现了多物理域模型之间的无缝链接，有利于系统的集成开发，对于企业研发或科研者都将是优选的软件平台。

融基本操作和应用实例为一体

Simplorer基本使用方法+Simplorer与RMxprt、Maxwell、Simulink等软件进行联合仿真，介绍了联合仿真的详细步骤，最后给出了牵引变流器场路耦合联合仿真实例。

附赠超值光盘

本书所有仿真实例都可以按照书中给出的步骤实现，模型和结果文件也随书中光盘一起赠送，以最大限度提高读者的学习效率。

前 言

ANSYS\Simplorer是功能强大的多域机电系统设计与仿真分析软件，用于电气、电磁、电力电子、控制等机电一体化系统的建模、设计、仿真分析和优化。Simplorer具有强大的建模功能和多模块协同仿真技术，可便捷地实现电力电子、传感器、激励器、电动机、发电机、功率变换器、控制和嵌入式模块等产品的虚拟原型设计，帮助用户研究复杂系统的功能，进行整体设计验证，缩减开发时间和研发成本，提高系统可靠性，并优化系统性能。

我国“十二五”规划中明确提出要提高自主创新能力，由制造大国向制造强国迈进。在电动汽车、风力发电、太阳能发电、高速列车牵引等电力电子及电气传动领域中，传统的电机、变压器、变流器独立设计思路有待提升，为了缩减开发时间和研发成本，提高自主研发能力，多物理域系统级联合仿真将会是未来的发展趋势。

Simplorer提供了一个功能强大的跨学科多领域的高性能系统仿真平台，并实现了多物理域模型之间的无缝链接，有利于系统的集成开发，对于企业研发或科研人员都将是优选的软件平台。随着计算机的快速发展，特别是分布式计算和并行计算的普及，计算速度大幅提高。强大的计算能力使得有限元场路耦合多物理域联合仿真成为可能，同时也促进了有限元场路耦合多物理域联合仿真的快速发展。然而，有关Simplorer软件及与其他软件联合仿真的资料相对较少，特别是介绍Simplorer软件及基于Simplorer软件进行场路耦合多物理域联合仿真的书籍。

本书全面系统地介绍了Simplorer软件的基本使用方法。本书共分为两大部分：第一部分包含1～6章，主要是对Simplorer基本功能进行说明，介绍了Simplorer的界面环境及基本操作流程、模型库文件、IGBT动态模型创建、C/C++模型、VHDL-AMS模型、script脚本文件等；第二部分包含7～9章，主要说明Simplorer与ANSYS其他不同软件进行联合仿真，以Simplorer与RMxprt、Maxwell、Simulink为例，介绍了联合仿真的详细步骤，最后给出了牵引变流器场路耦合联合仿真实例。

感谢ANSYS公司崔明生经理、雷华，师兄任晋旗、王珂、谈龙成、李子欣、韩俊飞、殷正刚、马逊、高范强和师姐吕晓美在本书编写过程中给予的关心；感谢朱艺锋、鲁明、兰志明、徐飞、李洋、张志华、王松、刘洋、蔡华、罗永捷提供的帮助和建议；最后，衷心感谢我的妻子饶海燕，她的支持和关心使这本书得以顺利完成。

本书所有的仿真实例都可以按照书中给出的步骤实现，书中的模型和结果文件也随附书光盘一起赠送，以最大限度地提高读者的学习效率。虽然Simplorer软件版本在不断更新、功能在不断提升，但软件的操作界面及基本操作流程大致不变，本书实例主要基于Simplorer 8.0、Simplorer 9.0版本进行建模及仿真。

由于时间仓促，加之本书内容较新及作者水平有限，书中不足甚至错误之处在所难免，恳请广大读者批评指正。

作 者

2014年1月

序
前言

第1章 Simplorer界面环境简介 1
1.1 操作界面介绍 1
1.1.1 File菜单 3
1.1.2 Edit菜单 4
1.1.3 View菜单 6
1.1.4 Project菜单 6
1.1.5 Draw菜单 9
1.1.6 Schematic菜单 10
1.1.7 Simplorer Circuit菜单 12
1.1.8 Tools菜单 18
1.1.9 Window菜单 22
1.1.10 Help菜单 23
1.2 仿真实例 24
1.2.1 感性负载三相不控整流电路仿真
分析 24
1.2.2 直流电机起动电流控制 38
1.2.3 直流电机电流和速度控制 47
1.2.4 四种产生PWM波形的方法 57
1.3 本章小结 67
第2章 元器件功能说明 68
2.1 基本元器件（Basic Elements） 68
2.1.1 模块元器件说明（Blocks） 68
2.1.2 电路元器件说明（Circuit） 80
2.1.3 测量元器件说明（Measurement） 91
2.1.4 物理区域元器件说明（Physical
Domains） 95
2.1.5 信号特征模块（Signal
Characteristics） 98
2.1.6 状态机特征模块（States） 99
2.1.7 工具模块（Tools） 100
2.2 生产厂商元器件（Manufactures） 103
2.3 多物理场元器件（Multiphasic） 105
2.3.1 流体场元器件说明（Hydraulic） 106
2.3.2 机械场元器件说明（Mechanical
System） 111
2.3.3 电力系统元器件说明（Power
System） 113
2.3.4 传感器模块（Sensors） 116
2.3.5 电力电子集成模块（SMPS） 116
2.4 工具元器件（Tools） 118
2.4.1 传递函数元器件说明（Transfer） 118
2.4.2 转换函数元器件说明
（Transformations） 122
2.5 本章小结 129
第3章 IGBT器件级模型建立及仿真 130
3.1 Diode模块特性 130
3.1.1 电气模型特性 131
3.1.2 热模型特性 132
3.2 IGBT模块特性 132
3.2.1 Advanced Dynamic Model 132
3.2.2 Average Model 133
3.2.3 Basic Dynamic Model 135
3.3 IGBT动态模型封装 135
3.3.1 Basic Dynamic模型封装流程 136
3.3.2 IGBT动态模型仿真实例 147
3.4 仿真结果 163
3.5 本章小结 165
第4章 Simplorer C模型编辑器 166
4.1 C模型编辑器操作流程 166
4.2 三相PWM整流桥电阻性负载C模型
应用仿真实例 183
4.3 三相PWM整流桥IGBT器件损耗计算 193
4.4 本章小结 198
第5章 Simplorer VHDL-AMS模型 199
5.1 VHDL语言格式 199
5.2 Simplorer VHDL-AMS模型库 201
5.3 Simplorer VHDL-AMS模型创建 203
5.4 本章小结 219
第6章 Script脚本文件 220
6.1 Script操作流程 220
6.2 Script仿真实例 223
6.3 本章小结 246
第7章 Simplorer与Maxwell联合仿真 247
7.1 电机模型建立 248
7.1.1 主发电机Rmxprt建模 248
7.1.2 励磁机建模 253
7.2 电机模型导入Simplorer联合仿真 279
7.2.1 导入主电机RMxprt模型 279
7.2.2 导入励磁机Maxwell模型 280
7.2.3 Simplorer模型联合仿真 282
7.3 本章小结 286
第8章 Simplorer与Simulink联合仿真 287
8.1 软件版本说明及设置 287
8.2 三相PWM整流电路仿真实例 289
8.2.1 联合仿真步骤说明 290
8.2.2 联合仿真结果 298
8.2.3 控制电路M文件编写 299
8.3 本章小结 304
第9章 牵引变流器场路耦合联合仿真 305
9.1 整流侧场路耦合联合仿真 305
9.1.1 牵引变压器模型 305
9.1.2 整流器控制电路 321
9.1.3 整流侧场路耦合联合仿真结果 346
9.2 逆变侧场路耦合联合仿真 350
9.2.1 牵引电机模型 351
9.2.2 逆变器控制电路 361
9.3 牵引变流器场路耦合联合仿真 381
9.4 本章小结 386

1. “四步曲”开放型实践教学活动研究与探索 [岑岗 林雪芬 著]
2. 混合式课堂教学改革与实践—微动教学法 [石铁峰 石家羽 著]
3. “学赛一体化”课程开发研究 [李作聚 著]
4. 高职院校软件类专业“类上班制”人才培养模式研究 [杨智勇 王海洋 著]
5. 浮式圆柱型结构物涡激运动特性研究 [孙洪源 李 磊 林海花 著]
6. 农产品云仓模式研究—以北京农产品流通物流供应链重构为例 [武晓钊 王成林 王春娟 等著]
7. 泛家居高质量企业不可或缺的软实力——数字化营销篇 [凌远龙 著]
8. 机电概念设计（MCD）应用实例教程 [主 编 黄文汉 陈斌]
9. 基于慕课模式的课程建设与教学实践研究 [张广渊]
10. 第一行代码——以太坊 [李宁 编著]
11. 创业哲学 [刘雍 熊建强 著]
12. 英文单词循环速记手抄本•考研版 [宋德伟 编著]
13. 让光伏驱动中国 [余圣秀 著]
14. 中等职业学校职业指导研究与实践 [主编 李志欣]
15. 创新驱动教改一路前行 [主编 湖南省高等院校电子信息技]
16. 微积分探究性学习的理论与实践研究 [徐永琳 田巧玉 文艳艳]
17. 特高压直流平波电抗器运行状态研究 [陈图腾]
18. 中等职业学校女生德育实践研究 [韩志清 王志慧]
19. 职业教育工学结合课程开发实践研究 [王尧琦 刘庆华]
20. 中等职业学校文化建设实践与研究 [张志增 孙其刚]
21. 面向企业技术创新的竞争情报应用研究 [周贺来]
22. 大坝基础帷幕体防渗效果及其时效性研究 [张宏洋 彭鹏]
23. 城市雨水利用技术开发及推广应用研究 [乔翠平 孙绪金 孙万里 韩 娟]
24. 复杂地质条件下桥梁桩基承载性状研究 [李晋 李君强 纪续 袁凯 王守]
25. 文本分类中的几个关键问题研究 [裴志利]
26. 德育实践教学研究—以高校为载体 [吕静波]
27. 矿物掺量对轻骨料混凝土物理性能的影响研究 [王萧萧 申向东]
28. 衡水湖生态文化发展战略研究 [石宝军]
29. 支持QoS的交换技术研究 [李秀芹]
30. 产品差异化与企业竞争策略研究 [何慧爽]