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. 高职院校“德技并修·三育协同”的育人模式研究 [童世华 邓丹枫 彭韩柳依 周叶]
2. 凉山脱贫地区乡村治理研究 [余滢 著]
3. 中国—东盟竞技体育文化共同体研究 [郑花 著]
4. 电子认证技术可信身份研究 [郭亓元 著]
5. 大学生理想信念教育研究 [李莎　著]
6. 基于深度学习的人体行为识别算法研究 [陈华锋 著]
7. 粒子群算法在优化选取问题中的应用研究 [尹浩 著]
8. 风光水多能互补优化调度及风险分析研究 [刘为锋 郭旭宁 邢西刚 马彪 ]
9. 海绵城市雨水花园可持续发展设计研究 [何茜 著]
10. 典型替代燃料的低温氧化反应动力学理论研究 [邢利利 著]
11. 基于双元制的机电一体化技术专业、工业机器人技术专业标准开发 [主编 黄崇富 朱永丽 胡银全]
12. 职前教师职业伦理教育研究—以云南为例 [侯阿冰 著]
13. 氧化石墨烯在页岩陶粒高强轻质混凝土中的应用研究 [洪晓江 著]
14. 应用型高校通识教育课程思政教学设计研究 [唐敬伟 江娜 著]
15. 新形势下全球价值链视角的地方汽车产业集群升级实证研究 [张兆英 著]
16. 化工分离技术与优化策略研究 [王婷婷 著]
17. 广西瑶族传统服饰文化研究 [容婷 著]
18. 南阳汉代画像石造型语言研究 [庞国华 著]
19. 多维视域下的高校篮球教学创新研究 [张利超 李宁 著]
20. 三峡梯级电站水资源决策支持系统研究与开发 [姚华明 潘红忠 汤正]
21. 农村新型社区移民的社会适应性问题研究 [董洪清 蔡昌艳 马衍阳 徐学英]
22. 第四代系统论：全息系统论—全息系统的存在论、认识论和方法论 [高展 著]
23. 海上风电工程专利导航与知识产权风险管理研究 [戚海峰 贾献林 许丹海　著]
24. 湖湘文化与交互艺术的融合创新 [徐英 尹志强 著]
25. 海洋工程装备制造业产业发展研究—以山东省为例 [王连海 马强 郭俊杰 刘刚]
26. 黄河流域非遗衍生品传播与经济开发协同发展研究 [毕雪燕 赵爽 著]
27. 大学英语信息化教学探索研究 [张强 著]
28. 基于诊断与改进制度的高职院校内部治理研究与实践—以重庆电子工程职业学院为例 [主编 孙卫平 聂强]
29. “互联网+”背景下网络课程教学团队建设的关键问题研究 [杨帆 李小华 任雅琳 著]
30. 光合细菌合成高价值物质的代谢研究 [刘淑丽 著]