CN108732939A - 基于Modelica语言的航天器环热控系统建模仿真方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于Modelica语言的航天器环热控系统建模仿真方法，包括以下步骤：步骤一，将系统建模仿真和Modelica语言的技术体系相结合，形成面向对象的陈述式环热控系统建模方式，从而构建非因果式的环热控系统模型库；步骤二，根据非因果式的建模仿真需求，开发环热控系统的建模仿真系统，从而实现组件模型和环热控系统模型的构建、管理及仿真分析。因此，采用本发明，大大降低了环热控系统模型构建的难度和复杂度，减轻建模工作量，也避免了人工指定求解顺序时引起的错误，显著地提高了模型的重用性、可扩展性、灵活性和知识积累能力，在建模仿真系统的支持下，实现模块化、参数化和可视化。

Description

基于Modelica语言的航天器环热控系统建模仿真方法

技术领域

本发明属于航天器环热控系统仿真技术领域，涉及一种基于Modelica语言的航天器环热控系统建模仿真方法。

背景技术

环热控系统是实现航天器载人环境控制的系统，包括密封舱大气环境控制、设备温度控制等系统，具体的功能分类如下：

1)供气调压功能：控制密封舱总压水平在指标要求范围内；

2)空气成份控制功能：控制密封舱内氧分压、CO2分压、微量有害气体分压水平在指标范围内；

3)温湿度控制功能：控制密封舱内空气温度和相对湿度水平在指标范围内；

4)设备温度控制功能：控制设备工作温度在指标范围内。

可见，环热控系统直接关系到航天员工作和生活的舒适性，甚至生命安全，是载人航天器一个非常重要的系统，同时也是载人航天器区别于非载人航天器的一个重要标志，由于航天器中人的存在，使整个航天器的设计更为复杂。

应了解，环热控系统动态特性是环热控系统的一项重要性能指标，动态特性的好坏直接影响到系统能否正常工作，故对其研究已成为环热控系统设计的重要课题。早期，对环热控系统的研究主要采用工程试验方法，工程试验在提高系统性能、安全性、可靠性和经济性等方面存在着一定的局限，例如需要建立整套试验系统，并且物理系统的结构和参数改变比较困难。随着环热控系统理论研究的不断深化和软件工具在数值分析方面能力的不断提高，现阶段提出了基于模型的数值分析方法，该方法着眼于将环热控系统的物理理论转化为数学模型，通过软件工具对数学模型的编译求解分析，模拟环热控系统的动态工作过程，可以很好地评估和分析环热控系统的动态性能，进而辅助系统的优化设计、试验验证和运行管理，减少系统试验次数和风险、有效的缩短系统研制周期、降低系统研制成本和提高产品性能质量。

目前现有技术中，在进行基于模型的环热控系统动态分析过程中，主要采用因果式建模方法(即，过程式建模方法)来实现模型的开发。因果式建模方法不仅需要工程师对复杂的环热控系统进行解耦，清楚地定义模型的输入输出和方程的求解顺序，而且需要工程师掌握复杂系统模型的编译和求解技术。对于环热控系统这样大型的复杂耦合系统，此方法导致建模过程复杂困难，而且所开发的模型重用性、通用性和扩展性低，在模块化、参数化方面不足。这就需要探索一种新的环热控模型库构建方法。

因此，需要一种实现环热控系统的非因果建模方法，能够大大降低建模过程的难度和复杂度，提高模型的重用性和扩展性，为基于模型的环热控系统动态分析提供高效的途径。

发明内容

为了克服基于模型的环热控系统动态分析方法中因果式建模方法的不足，本发明提出了一种基于Modelica语言的航天器环热控系统建模仿真方法，将环热控系统建模仿真理论和Modelica技术体系相结合，采用面向对象的陈述式方法构建环热控系统模型，可有效降低环热控系统模型构建的难度和复杂度，提高模型的重用性和扩展性。

本发明提供了一种基于Modelica语言的航天器环热控系统建模仿真方法，包括以下步骤：步骤一，将系统建模仿真和Modelica语言的技术体系相结合，形成面向对象的陈述式环热控系统建模方式，从而构建非因果式的环热控系统模型库；步骤二，根据非因果式的建模仿真需求，开发环热控系统的建模仿真系统，从而实现组件模型和环热控系统模型的构建、管理及仿真分析。

步骤一包括：S102，确定环热控系统模型的目标；S104，构建环热控系统的原理框图，作为概念模型，用于辅助分析环热控系统的主要现象的原理和机制；S106，对环热控系统的概念模型进行组件分解和主体分解，以用于构建环热控系统模型；S108，建立通用化的基础模型，从而构建包括组件模型在内的上一级模型；S110，对环热控系统模型的所有连接器进行设计，并确定一组连接器变量，从而使得环热控系统内的组件通过连接器与其相连的组件进行交互通讯；S112，基于基础模型和连接器的种类及其变量，指定陈述式环热控系统建模方式；S114，采用陈述式环热控系统建模方式，单独建立环热控系统中的每个组件模型；S116，基于建立的所有组件模型，按照环热控系统分解后的典型组件的种类进行分类，并交由模型库进行管理，从而构建环热控系统模型库。

具体地，在S102中执行：根据环热控系统的动态分析任务，确定环热控系统模型的目标和扩展用途；确定通过环热控系统模型能获得的信息和不考虑信息。

在S106中执行：进行组件分解：通过对环热控系统的分析，根据结构物理边界和模型假设，将环热控系统分解为典型组件，从而帮助构建环热控系统模型；在组件分解的基础上，进行主题分解：将一部分组件模型共同的属性集合在一起，形成用于重用的超级模型；其中，典型组件至少包括：密封舱组件、气瓶组件、阀门组件、热力组件、管道组件，以及超级模型至少包括：容积基类模型、流动基类模型和连接器模板模型。

在本发明中，基础模型至少包括：容积模型、流动模型和传热模型，其中，容积模型用于表示流体的能量守恒和质量守恒属性；流动模型表示流体的动量守恒属性，传热模型表示流体与固体表面的传热属性；连接器至少包括：流体连接器、热连接器、平动机械连接器和转动机械连接器，以及连接器变量至少包括流变量、势变量和附流变量，其中，组件模型与外界的交互通信是通过连接器之间的通讯来实现的，并且连接器之间的通讯不指定方向而按需自由连接，从而生成非因果的连接方程且不指定求解顺序。

在S114中执行：将每个组件的物理模型转化为以数学方程表达的具有非因果特性的数学模型；将数学模型转化为数值模型，并给定预设的边界条件和初始值，其中，数值模型可直接仿真；采用Modelica语言，将数值模型加以实现，从而得到组件模型；将组件模型连接到环热控系统模型中进行仿真，并将组件仿真结果与预期理论结果进行比对、修改和完善，从而得到符合预设要求的组件模型。

另外，步骤二包括：S202，在环热控系统模型的基础上，构建具有模型开发、管理、编译、求解和后处理功能在内的环热控系统建模仿真系统；S204，利用环热控系统模型库，建立和验证环热控系统模型；S206，根据环热控系统的动态分析任务的要求，利用环热控系统建模仿真系统，开展相关仿真分析，并通过环热控系统模型获取所需信息和知识。

在S204中执行：利用环热控系统模型库，根据环热控系统的拓扑结构，将各个相关的组件模型进行组合和联接，从而建立实际的热环控系统模型并进行仿真研究；将仿真结果与系统预期理论特性进行对比，并根据仿真结果进行调整，以符合与其理论特性的要求。

环热控系统建模仿真系统由数据层、功能支撑层和交互层组成，其中，数据层是软件数据的存储和获取来源并且环热控系统模型库隶属于数据层，功能支撑层用于为用户层提供数据管理、功能支撑和扩展接口，交互层环热控系统建模仿真系统与用户的界面交互、界面显示的功能层。

数据层包含：环热控系统模型库，基于文件的关系数据库，至少包含密封舱组件库、气瓶组件库、阀门组件库、热力组件库和管理组件库，分别用于保存包括密封舱组件、气瓶组件、阀门组件、热力组件和管道组件在内的模型；数据库至少包含有产品数据库、模型模板数据库和仿真结果数据库。

功能支撑层至少包含系统模型模板管理模块、模型库配置模块、模型及模型库操作模块、模型视图管理模块、模型编辑内核、产品数据查询与注入模块、仿真控制模块、仿真实例管理模块、仿真报告生成模块、模型加密模块、模型版本管理模块和在线帮助文档模块。

交互层至少包含：系统模板管理器、模型版本管理器、产品数据管理面板、模型图形编辑视图、模型文本编辑视图、模型及模型库浏览器、组件浏览器、系统信息输出界面、参数编辑面板、监视变量操作面板、仿真实例管理面板、曲线输出窗口、实时曲线显示、仿真报告生成向导、帮助查询与显示。

在S206中，所开展的相关仿真分析的处理过程为对表示热环控系统模型的数学方程的编译求解过程，其中，环热控系统建模仿真系统根据数据流幻境确定环热控系统模型的数学方程的编译求解顺序，编译求解过程包括编译、分析优化和仿真求解三个阶段，相关仿真分析的处理过程包括：在编译阶段，通过编译器对环热控系统模型的数学方程进行此法解析、语法解析、语义分析和平坦化处理，从而得到平坦的积分代数方程组；在分析优化阶段，通过分析优化器对微分代数方程组进行相容性分析、符号简化和指标约减处理，从而得到可求解的方程子集序列；在仿真求解阶段，通过求解器根据方程子集序列的数据依赖关系，结合数值求解包提供的函数，形成环热控系统模型的求解算法流程和控制策略，从而最终确定输入输出变量和数学方程的求解顺序。

因此，与现有技术相比，采用本发明可以实现以下的有益效果：

1)在本发明的方法中，环热控系统的每个组件模型都是独立的模型，以物理上最自然的方式单独开发，不用明确定义输入输出变量和方程求解顺序；

2)组件模型与外界的通讯交互通过非因果的连接器机制实现，整个方程系统只在求解时由仿真系统根据数据流环境自动确定变量的因果关系；

3)根据环热控系统的拓扑结构，组件模型可以组合快速构建任何型号的环热控系统模型。

可见，对于环热控系统这样大型的复杂系统，本发明的非因果特性使得建模工程师无需对环热控系统进行解耦，不指定组件模型的输入输出变量和方程求解顺序，只有在求解时建模仿真系统才会根据方程系统数据流环境确定方程求解顺序，这样大大降低了环热控系统模型构建的难度和复杂度，减轻建模工作量，也避免了人工指定求解顺序时引起的错误，显著地提高了模型的重用性、可扩展性、灵活性和知识积累能力，在建模仿真系统的支持下，实现模块化、参数化和可视化。

附图说明

图1为本发明所涉及的航天器环热控系统的组件分解示意图；

图2为本发明具体实施方式所涉及的非因果式环热控系统模型库的树状结构图；

图3为本发明具体实施例的航天器环热控系统模型的示意图；

图4为本发明具体实施例的环热控系统建模仿真系统的架构示意图；

图5为本发明具体实施例的环热控系统模型的编译求解过程示意图；

图6为本发明具体实施例的密封舱测试模型的温度测试曲线；

图7为本发明具体实施例的环热控系统模型密封舱的温度测试曲线。

具体实施方式

作为本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，下面结合附图及具体实施方式和实施例对本发明进行详细说明。

应注意，附图仅用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

在本发明中，基于Modelica语言的航天器环热控系统建模仿真方法将环热控系统建模仿真理论和Modelica技术体系相结合，形成面向对象的陈述式环热控系统建模方法，用于构建非因果式的环热控系统模型库，同时根据非因果建模仿真的需求，开发环热控系统建模仿真系统，用于实现组件模型和环热控系统模型的构建、管理及其仿真分析等。

本发明的环热控系统的大部分组件存在彼此通讯交互的关系，组件没有明确的输入输出，此类通讯交互导致隐式的方程系统。面向对象的陈述式环热控系统建模方法，对于组件模型构建，首先对涉及到的环热控系统进行分析，只根据物理边界和模型基本假设进行系统分解，不考虑组件的输入输出和组件之间的交互耦合，得到环热控系统的典型组件，整个环热控系统是这些组件按照一定规律的组合。根据组件的物理模型，以最自然的形式独立开发每个组件模型，不指定组件模型的输入输出变量和方程求解顺序，具有非因果特性。组件模型具有独立性，不依赖于外界环境，基于一套边界条件工作，对于不同的系统，边界条件可以自由变化。

注意，连接器是组件模型的一部分，作为组件与外界进行信息传递的桥梁，组件模型之间的通讯交互通过连接器来实现。对于工作介质流动交互耦合的组件，组件工质的流入流出即形成流体连接器；对于位移、力交互耦合的组件，力和位移的作用即形成机械连接器；对于传热交互耦合的组件，热流的传入传出即形成热连接器。

连接器中包含连接中需要描述的各种物理量，如电子组件中的电压与电流，驱动组件中的角度与扭矩，液压流体组件中的压力和流量。将流体连接器与组件模型分开进行建模，在模型实例化的过程中声明流体工质。压力平衡方程，定义了系统总压降(Δp_total)与各元件压降(Δp_i)之间的关系，即Δp_total＝∑Δp_i，该公式是环热控系统模型库的理论基础。环热控系统模型库，包含了环热控系统抽象接口模型、各类元件模型、流体工质以及环热控系统模型。

组件模型与外界的交互通过连接器与连接器的通讯实现，采用非因果方法，连接器的通讯不指定通讯的方向，只根据广义基尔霍夫定律生成非因果式的连接方程，即连接处的流变量之和为零，势变量相等。同样不规定连接方程求解顺序，方程的非因果特性使得连接也是非因果的。

对于环热控系统模型构建，根据特定型号环热控系统的组成结构，利用组件模型可以快速组合搭建环热控系统模型，组件模型与组件模型通过连接器连接。组件模型和连接器的非因果机制，使得整个环热控系统模型也是非因果的描述形式。实现了物理建模方法，即通过连接组件模型来构建环热控系统模型，而且环热控系统模型的拓扑结构能够反映系统的物理结构。

因此，本发明的支撑内容包括非因果式的环热控系统模型库和环热控系统建模仿真系统两大部分，具体步骤如下：

步骤1)确定环热控系统模型目标：根据环热控系统动态分析的任务，确定环热控系统模型的目标和扩展用途，明确必须通过环热控系统模型能获得的信息和环热控系统模型不需要考虑的信息。

步骤2)构建概念模型：概念模型是环热控系统的原理框图，用于辅助分析环热控系统主要现象的原理和机制，帮助工程师全面了解物理系统，反映建模思路。

步骤3)环热控系统分解：首先进行组件模型分解(参见图1)，通过对环热控系统的分析，根据环热控系统结构的物理边界和模型假设，将环热控系统分解为包括密封舱组件、气瓶组件、阀门组件、热力组件、管道组件等在内的典型组件，环热控系统分解得到的组件能够反映系统自然的物理边界，这样能够帮助构建环热控系统模型。

然后在组件分解的基础上，为了建模需要，再进行主体分解；主体分解是将一部分组件模型共同的属性集合在一起，形成“超级模型”，用于重用，例如容积基类模型、流动基类模型、连接器模板模型等。

步骤4)建立基础模型：建立通用化的基础模型，用于构建包括组件模型在内的上一级的模型；基础模型是环热控系统模型库中最小的构造单元，这些基础模型可以连接构建上一级的模型，组件模型通常由更通用化的基础模型组成。

划分基础模型和组件模型的原则是以简单的模型为起点，根据需求逐渐增加模型的复杂度；环热控系统模型库的主要基础模型是容积模型、流动模型和传热模型，容积模型表示流体的能量守恒和质量守恒属性，流动模型表示流体的动量守恒属性，传热模型表示流体与固体表面的传热属性。

步骤5)设计连接器：由于组件通过连接器与相连的组件进行交互通讯，且连接器中包含连接中需要描述的各种物理量，如电子组件中的电压与电流，驱动组件中的角度与扭矩，液压流体组件中的压力和流量，因此需要设计环热控系统模型的所有连接器，并确定一组合理的连接器变量；连接器应该使组件连接变得简单自然，对于物理组件模型的连接器，必须在物理上能够连接组件。参见以下表1，连接器包括流体连接器、热连接器、平动机械连接器和转动机械连接器四种，连接器变量包括流变量、势变量和附流变量三种；组件模型与外界的交互通信通过连接器与连接器的通讯来实现，连接器的通讯不指定方向，同类型的连接器可以根据需要自由连接，流变量和势变量遵守广义基尔霍夫定律，连接会生成非因果的连接方程，无需指定求解顺序，方程的非因果特性使得连接也是非因果的。

表1连接器类型及其变量名

步骤6)制定建模方法：一旦基础模型、连接器的种类及其变量确定以后，总结步骤1)～步骤5)的内容，制定建模方法，即以面向对象的陈述式环热控系统建模方法。建模方法是阐述建模原理和模型使用方法的一种简明标准形式，在模型构造的实现过程和模型的使用过程中，都要遵守此建模方法。

至此，已经具有了建立环热控系统组件模型的基础，包括基础模型、连接器和建模方法等。

步骤7)建立组件模型：以面向对象的陈述式环热控系统建模方法单独建立环热控系统中的每个组件模型，不依赖于外界环境，具体方法如下：

首先将每个组件的物理模型转化为以数学方程表达的具有非因果特性的数学模型；然后将数学模型转化为合理的数值模型，给定合理的边界条件和初始值，数值模型可直接仿真；最后采用Modelica语言将数值模型加以实现，得到组件模型；

其中，组件模型的每个数学方程均以最自然的形式独立编写，不指定方程求解顺序和输出输入变量，因此具有非因果特性；方程尽量与书本和文献中的形式一致，保证可读性和知识积累效果；

组件模型需要连接到环热控系统模型中去仿真，将组件的仿真结果与期望的理论结果进行比对，如果两者符合，表示组件模型得到验证；如果两者不符合，则组件模型需要重新修改和完善，直到组件模型达到要求。

对于环热控系统，以密封舱建模为例，密封舱是乘员在轨驻留的场所，密封舱内安装有各个系统的平台设备、载荷设备，密封舱内要创造出与地面类似的人工大气环境，包括舱压、空气成份、温湿度水平等，同时也要通过主被动方式收集、传递、排散密封舱内设备的工作产热，维持设备工作温度在要求范围内。

对于密封舱模型，做如下假设：

(1)舱体内空气温度一致；

(2)舱壁温度相同，舱壁和空气间的传热效率为常数；

(3)舱壁温度低于空气温度时，舱内水蒸汽会在舱壁上冷凝，反之则不会。

密封舱模型的主要理论方程如下：

质量守恒方程为：

在以上的公式(1)中，m_j是舱内空气中第j种组分的质量；w_in是流入舱内的空气质量；x_in,j是流入舱内的空气中第j种组分的质量百分比；w_out是流出舱内的空气质量；x_out,j是流出舱内的空气中第j种组分的质量百分比；w_lf,j是航天员代谢产生的第j种空气组分的质量百分比。

(2)传递给舱壁的能量方程：

在以上的公式(2)中，U_wall是舱壁的内能；q_wall是传递给舱壁的总热量。

(3)传递给舱内空气的能量方程：

在以上的公式(3)中，U_air是舱内空气的内能；h_in是流入舱内空气的焓值；h_out是流出舱内的空气焓值；q_air是加入空气的总热量。

在建立数值模型，添加合理边界条件和初始值的基础上，采用Modelica语言建立密封舱模型。密封舱模型建立后，需要对其正确性进行验证，建立密封舱测试模型，其测试结果如图6所示，温度在合适范围内，可以验证密封舱模型的正确性。

步骤8)构建环热控系统模型库：按照密封舱模型的建立思路以及压力平衡方程，逐个建立所有的组件模型，并将组件模型按照环热控系统分解后的典型组件的种类进行分类，再交由模型库进行管理，构建如图2所示的环热控系统模型库。用户可以通过拖拽环热控系统模型库中的组件模型来构建出不同结构的系统模型，这种方式很好的解决了前面提到的模型重用性不足的问题。

压力平衡方程定义了环热控系统总压降(Δp_total)与各组件压降(Δp_i)之间的关系，即Δp_total＝∑Δp_i，该公式是构建环热控系统模型库的理论基础。

步骤9)构建环热控系统建模仿真系统：在环热控系统模型库构建完成的基础上，构建具有包括模型开发、管理、编译、求解和后处理一些列功能在内的环热控系统建模仿真系统。

参见图4，环热控系统建模仿真系统由数据层、功能支撑层和交互层三部分组成，分层的系统架构，可以达到将逻辑与数据分离、底层与逻辑分离、显示与逻辑分离的良好扩展性的效果。

数据层是软件数据的存储和获取的来源，其主要包括环热控系统模型库和数据库；环热控系统模型库是基于文件的关系数据库，主要包含有密封舱组件库、气瓶组件库、阀门组件库、热力组件库、管道组件库等，主要用于保存包括密封舱组件、气瓶组件、阀门组件、热力组件、管道组件等在内的模型；数据库主要包含有产品数据库、模型模板数据库和仿真结果数据库等。

功能支撑层主要用于为用户层提供数据管理、功能支撑和扩展接口；功能支撑层主要包含有系统模型模板管理模块、模型库配置模块、模型及模型库操作模块、模型视图管理模块、模型编辑内核、产品数据查询与注入模块、仿真控制模块、仿真实例管理模块、仿真报告生成模块、模型加密模块、模型版本管理模块和在线帮助文档模块等。

交互层是环热控系统建模仿真系统与用户的界面交互、界面显示的功能层；交互层主要包含有系统模板管理器、模型版本管理器、产品数据管理面板、模型图形编辑视图、模型文本编辑视图、模型及模型库浏览器、组件浏览器、系统信息输出界面、参数编辑面板、监视变量操作面板、仿真实例管理面板、曲线输出窗口、实时曲线显示、仿真报告生成向导、帮助查询与显示等。

步骤10)建立和验证环热控系统模型：参见图3所示，利用构建好的环热控系统模型库，根据环热控系统的拓扑结构，将各个相关的组件模型进行组合和连接，建立一种实际的环热控系统的模型，组件模型与组件模型之间通过连接器连接，通过这种连接关系在环热控系统模型中自动建立起压力平衡方程；对环热控系统模型进行仿真研究，对比仿真结果与系统预期理论特性，并根据仿真结果对环热控系统模型进行调整，直到符合理论要求。

步骤11)开展仿真分析：环热控系统模型验证完成后，根据环热控系统动态分析的任务要求，利用环热控系统建模仿真系统，开展相关的仿真分析，通过环热控系统模型获取所需的信息和知识，可以辅助设计，在减少试验成本、节省试验时间和工程师的工作量上具有重要意义，具体的环热控系统中密封舱温度曲线如图7所示。

运用面向对象的陈述式环热控系统建模方法构建的环热控系统动态模型具有非因果特性，对环热控系统模型的仿真分析过程，即为对表示环热控系统模型的数学方程的编译求解过程，环热控系统建模仿真系统会根据数据流环境来确定环热控系统模型数学方程的编译求解顺序，参见图5，其编译求解的过程可分为编译、分析优化和仿真求解三个阶段，具体方法如下：

首先在编译阶段中，编译器对环热控系统模型的数学方程进行词法分析、语法分析、语义分析和平坦化处理，得到一个平坦的微分代数方程组；然后进入分析优化阶段，分析优化器对得到的微分代数方程组进行相容性分析、符号简化和指标约减处理，得到一个可求解的方程子集序列；最后进入仿真求解阶段，求解器根据得到的方程子集序列的数据依赖关系，结合数值求解包提供的函数，形成环热控系统模型的求解算法流程和控制策略，这样就确定了输入输出变量和数学方程的求解顺序。

综上所述，本发明无需对环热控系统进行解耦和规定组件输入输出及方程求解顺序，只有在求解时仿真系统才会根据方程系统数据流环境确定方程求解顺序，这大大降低了环热控系统建模的难度和复杂度，减轻建模工作量，也避免了人工指定求解顺序时引起的错误，提高了模型的重用性、可扩展性、灵活性和知识积累能力，在建模仿真系统的支持下，实现模块化、参数化和可视化。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所作出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。本发明中未说明部分属于本领域的公知技术。

Claims (10)

1.一种基于Modelica语言的航天器环热控系统建模仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，将系统建模仿真和Modelica语言的技术体系相结合，形成面向对象的陈述式环热控系统建模方式，从而构建非因果式的环热控系统模型库；

步骤二，根据非因果式的建模仿真需求，开发环热控系统的建模仿真系统，从而实现组件模型和环热控系统模型的构建、管理及仿真分析。

2.根据权利要求1所述的基于Modelica语言的航天器环热控系统建模仿真方法，其特征在于，所述步骤一包括：

S102，确定所述环热控系统模型的目标；

S104，构建所述环热控系统的原理框图，作为概念模型，用于辅助分析所述环热控系统的主要现象的原理和机制；

S106，对所述环热控系统的概念模型进行组件分解和主体分解，以用于构建所述环热控系统模型；

S108，建立通用化的基础模型，从而构建包括组件模型在内的上一级模型；

S110，对所述环热控系统模型的所有连接器进行设计，并确定一组连接器变量，从而使得所述环热控系统内的组件通过所述连接器与其相连的组件进行交互通讯；

S112，基于所述基础模型和所述连接器的种类及其变量，指定所述陈述式环热控系统建模方式；

S114，采用所述陈述式环热控系统建模方式，单独建立所述环热控系统中的每个组件模型；

S116，基于建立的所有组件模型，按照所述环热控系统分解后的典型组件的种类进行分类，并交由模型库进行管理，从而构建所述环热控系统模型库。

3.根据权利要求2所述的基于Modelica语言的航天器环热控系统建模仿真方法，其特征在于，在S102中执行：

根据所述环热控系统的动态分析任务，确定所述环热控系统模型的目标和扩展用途；

确定通过所述环热控系统模型能获得的信息和不考虑信息。

4.根据权利要求2所述的基于Modelica语言的航天器环热控系统建模仿真方法，其特征在于，在S106中执行：

进行所述组件分解：通过对所述环热控系统的分析，根据结构物理边界和模型假设，将所述环热控系统分解为典型组件，从而帮助构建所述环热控系统模型；

在所述组件分解的基础上，进行所述主题分解：将一部分组件模型共同的属性集合在一起，形成用于重用的超级模型；

其中，所述典型组件至少包括：密封舱组件、气瓶组件、阀门组件、热力组件、管道组件，以及所述超级模型至少包括：容积基类模型、流动基类模型和连接器模板模型。

5.根据权利要求2所述的基于Modelica语言的航天器环热控系统建模仿真方法，其特征在于，

所述基础模型至少包括：容积模型、流动模型和传热模型，其中，所述容积模型用于表示流体的能量守恒和质量守恒属性；所述流动模型表示流体的动量守恒属性，所述传热模型表示流体与固体表面的传热属性；

所述连接器至少包括：流体连接器、热连接器、平动机械连接器和转动机械连接器，以及所述连接器变量至少包括流变量、势变量和附流变量，其中，所述组件模型与外界的交互通信是通过连接器之间的通讯来实现的，并且所述连接器之间的通讯不指定方向而按需自由连接，从而生成非因果的连接方程且不指定求解顺序。

6.根据权利要求2所述的基于Modelica语言的航天器环热控系统建模仿真方法，其特征在于，在S114中执行：

将每个组件的物理模型转化为以数学方程表达的具有非因果特性的数学模型；

将所述数学模型转化为数值模型，并给定预设的边界条件和初始值，其中，所述数值模型可直接仿真；

采用所述Modelica语言，将所述数值模型加以实现，从而得到所述组件模型；

将所述组件模型连接到所述环热控系统模型中进行仿真，并将组件仿真结果与预期理论结果进行比对、修改和完善，从而得到符合预设要求的组件模型。

7.根据权利要求2所述的基于Modelica语言的航天器环热控系统建模仿真方法，其特征在于，所述步骤二包括：

S202，在所述环热控系统模型的基础上，构建具有模型开发、管理、编译、求解和后处理功能在内的所述环热控系统建模仿真系统；

S204，利用所述环热控系统模型库，建立和验证所述环热控系统模型；

S206，根据所述环热控系统的动态分析任务的要求，利用所述环热控系统建模仿真系统，开展相关仿真分析，并通过所述环热控系统模型获取所需信息和知识。

8.根据权利要求7所述的基于Modelica语言的航天器环热控系统建模仿真方法，其特征在于，在S204中执行：

利用所述环热控系统模型库，根据所述环热控系统的拓扑结构，将各个相关的组件模型进行组合和联接，从而建立实际的热环控系统模型并进行仿真研究；

将仿真结果与系统预期理论特性进行对比，并根据所述仿真结果进行调整，以符合所述与其理论特性的要求。

9.根据权利要求7所述的基于Modelica语言的航天器环热控系统建模仿真方法，其特征在于，

所述环热控系统建模仿真系统由数据层、功能支撑层和交互层组成，其中，所述数据层是软件数据的存储和获取来源并且所述环热控系统模型库隶属于所述数据层，所述功能支撑层用于为所述用户层提供数据管理、功能支撑和扩展接口，所述交互层所述环热控系统建模仿真系统与用户的界面交互、界面显示的功能层，

所述数据层包含：所述环热控系统模型库，基于文件的关系数据库，至少包含密封舱组件库、气瓶组件库、阀门组件库、热力组件库和管理组件库，分别用于保存包括密封舱组件、气瓶组件、阀门组件、热力组件和管道组件在内的模型；数据库至少包含有产品数据库、模型模板数据库和仿真结果数据库，

所述功能支撑层至少包含系统模型模板管理模块、模型库配置模块、模型及模型库操作模块、模型视图管理模块、模型编辑内核、产品数据查询与注入模块、仿真控制模块、仿真实例管理模块、仿真报告生成模块、模型加密模块、模型版本管理模块和在线帮助文档模块，

所述交互层至少包含：系统模板管理器、模型版本管理器、产品数据管理面板、模型图形编辑视图、模型文本编辑视图、模型及模型库浏览器、组件浏览器、系统信息输出界面、参数编辑面板、监视变量操作面板、仿真实例管理面板、曲线输出窗口、实时曲线显示、仿真报告生成向导、帮助查询与显示。

10.根据权利要求7所述的基于Modelica语言的航天器环热控系统建模仿真方法，其特征在于，在S206中，所开展的相关仿真分析的处理过程为对表示所述热环控系统模型的数学方程的编译求解过程，其中，所述环热控系统建模仿真系统根据数据流幻境确定所述环热控系统模型的数学方程的编译求解顺序，所述编译求解过程包括编译、分析优化和仿真求解三个阶段，

所述相关仿真分析的处理过程包括：

在所述编译阶段，通过编译器对所述环热控系统模型的数学方程进行此法解析、语法解析、语义分析和平坦化处理，从而得到平坦的积分代数方程组；

在所述分析优化阶段，通过分析优化器对所述微分代数方程组进行相容性分析、符号简化和指标约减处理，从而得到可求解的方程子集序列；

在所述仿真求解阶段，通过求解器根据所述方程子集序列的数据依赖关系，结合数值求解包提供的函数，形成所述环热控系统模型的求解算法流程和控制策略，从而最终确定输入输出变量和数学方程的求解顺序。