CN110705078B - 一种核动力装置的仿真模型开发系统及分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核动力装置的仿真模型开发系统，包括：标准化模型模块，用于对构成核动力装置的相关设备进行模拟；可视化配置模块，用于建立标准化模型模块之间的关联关系；模型管理模块，将相应的标准化模型模块信息及接口关系信息存储成XML格式的模型配置文件；数据映射模块，用于实现设计软件与分析软件之间数据类型的格式转换；参数赋值模块，用于得到模型的初始化参数信息；代码生成模块，对相应的模型进行初始化和重构，获得仿真模型代码。本发明具有的优点是解决分别独立设计的核动力各个子系统的匹配性问题，为发现设计缺陷，优化系统运行提供技术手段。

Description

一种核动力装置的仿真模型开发系统及分析方法

技术领域

本发明涉及核动力装置仿真技术领域，尤其涉及一种核动力装置的仿真模型开发系统及分析方法。

背景技术

由于核动力装置的复杂性，在设计过程中必须充分考虑功能、性能、可靠性和时间周期等多个方面，需要在几个相互制约因素之间找到最佳的平衡方案。

传统的方案设计手段主要依据人工经验，经过多轮的反复循环迭代、不断协调各个子系统，在相互妥协与让步中找出能够满足总体设计基本要求的核动力系统方案；根据现代工程理论方法，良好的系统设计流程是一个不断地迭代开发，螺旋式上升的过程。这就要求设计系统和分析评价系统能够默契配合，以满足“设计-评价-优化-再设计”流程的基本需求。

目前，利用仿真技术对系统的总体运行特性进行分析是最有效的设计优化的技术手段；国内外用于核动力系统设计分析的工具大多针对局部系统和设备而很少将核动力系统作为一个整体考虑，不能充分解决多个子系统或设备之间的相互作用、相互制约关系；而一些系统仿真平台工具虽然能够建立全范围的核动力系统仿真模型，但其建模方式、模型精度、适用范围等并不适用于核动力装置总体的设计分析，尤其是模型开发周期长、专业要求高的特点更加不适用于核动力系统设计的分析和评价。

因此，需要提供一套智能化的核动力装置设计分析方法，以用于解决核动力装置设计分析中存在的模型适用性差，建模效率低的问题，为核动力装置的研发和设计提供支撑。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是公开一种核动力装置的仿真模型开发系统及分析方法，以用于解决设计验证模型开发难度大，建模周期长，模型修改困难等问题，提高模型可重用性和建模的准确性。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种核动力装置的仿真模型开发系统，该系统包括：

标准化模型模块，用于对构成核动力装置的相关设备进行模拟，并对模型内部及外部的接口进行转换，达到模型间接口配置以及外部数据输入，进而实现仿真模型的标准化；

可视化配置模块，依据标准化模型模块之间的关联关系，确定模型模块信息和接口关系信息，进而获得模型配置关系文件；

模型管理模块，对所获得的模型配置关系文件进行处理，将相应的标准化模型模块信息及接口关系信息存储成XML格式的模型配置文件；

数据映射模块，用于实现设计软件与分析软件之间数据类型的格式转换，并生成数据配置文件；

参数赋值模块，用于对数据配置文件中的数据进行处理，得到模型的初始化参数信息，以用于对模型配置文件中的相关模型外部输入接口部分进行修改；

代码生成模块，解析XML格式的模型配置文件以获得指定节点的数据信息，以对相应的模型进行初始化和重构，进而获得目标仿真模型代码。

通过上述技术方案，基于参数化、模块化的建模方式，建立核动力装置各个设备的通用仿真模型，这些通用模型全部基于设备的实际物理过程建模，能够真实的反应各个设备的运行特性，在可视化配置模块的支持下可以通过拖拽的方式方便的配置出核动力装置系统的仿真模型，并实现初始参数和结构参数的输入，最终形成能够真实模拟核动力装置运行特性的系统仿真模型。

进一步地，还包括数据通信模块，用于实现设计软件和分析软件之间的数据通信。

通过上述技术方案，数据通信模块可以建立设计软件与分析软件之间的接口协议，包括数据内容、数据格式、映射关系等，设计软件的设计结果作为分析软件的结构参数或初始参数，分析软件的计算结果也可以作为设计软件的边界条件，从而形成设计验证的闭环过程。

进一步地，所述可视化配置模块包括：

图形化建模模块，在用户依据所述标准化模型模块构建核动力装置的仿真模型的前提下，对模型进行拖拽，并对其连线进而实现模型模块之间的耦合集成；

拓扑结构分析模块，用于对用户所建立仿真模型的拓扑结构进行解析，获得所述图形化建模模块中所使用到的模型模块信息和接口关系信息；

模型识别模块，用于对拓扑结构分析模块中模型模块信息和接口关系信息进行识别，并形成模型配置关系文件。

通过上述技术方案，通过可视化方式利用所建立的通用仿真模块搭建任意形式的核动力装置系统仿真模型，有利于核动力装置智能化设计分析技术的实现和分析程序的开发。

进一步地，所述核动力装置由堆芯、压力容器、主泵、主管道、蒸汽发生器、稳压器等设备组成，不同核动力装置中各个设备的内部组成和工作方式基本相同，进而采用模板的方式建立各个设备的仿真模型。

通过上述技术方案，将核动力装置系统划分为多个相互独立的模块，按照每个模块的工作方式和运行特性来建立相应的仿真模型，并将各个模型转化为通用的模板形式，以方便核动力装置系统模型的搭建和模型参数输入。

一种利用上述核动力装置的仿真模型开发系统实现仿真分析方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1：依据核动力装置内各个设备的指标参数建立仿真模型，并将仿真模型放入标准化模型模块库中，以对仿真模型进行标准化处理，进而得到标准化模型；

步骤2：依据核动力装置的型式，利用步骤1的标准化模型搭建相应的仿真系统，并对其进行拓扑结构分析，提取模型模块信息和接口关系信息，放入模型配置关系文件中；

步骤3：依据步骤2中的模型配置关系文件，对其中的模型模块信息和接口关系信息进行匹配，生成XML格式的模型配置文件；

步骤4：基于XML格式的模型配置文件的解析，提取指定节点的映射关系，当接收到设计软件提供的数据时，将设计数据格式转换为标准化模型输入数据格式，并生成相应的数据配置文件；

步骤5：对步骤4的数据配置文件进行处理，获得模型模块的初始化信息，进而对步骤3的模型配置文件中的相应外部输入接口部分进行修改；

步骤6：解析步骤4中的XML格式的模型配置文件以获得指定节点的数据信息，以对步骤5中相应的模型文件进行初始化和重构，进而获得目标核动力仿真系统代码文件。

通过上述技术方案，将系统快速建模分析与核动力装置系统工程设计研发过程相关联，解决分别独立设计的核动力各个子系统在协调运行时的匹配性问题，为发现设计缺陷，优化系统运行提供技术手段，可以缩减复杂系统设计、建造周期，提高装置研制效率。

进一步地，所述标准化处理过程具体包括以下步骤：

①将核动力装置依据模块化划分，以建立各个设备的通用仿真模型；

②在步骤①建立的通用仿真模型中，提取制定的节点数据信息，以形成标准化的仿真模型模板；

③在步骤②形成的标准化的仿真模型之间，预留接口信息，通过可视化配置模块建立仿真模型间的关联关系；

④针对步骤③中的接口信息给定外部输入接口信息变量，以用于对通用化模型的参数化修改。

通过上述技术方案，采用模型封装的形式，将工程设计知识模型化，沉淀到可重用的模型库中，实现模块化参数化建模。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

①、有利于核动力装置智能化设计分析技术的实现和分析程序的开发，可以缩减复杂系统设计、建造周期，提高装置研制效率；

②、将系统快速建模分析与核动力装置系统工程设计研发过程相关联，通过模型封装的形式，将工程设计知识模型化，沉淀到可重用的模型库中；

③、服务于核动力系统设计过程中，解决分别独立设计的核动力各个子系统的匹配性问题，为发现设计缺陷，优化系统运行提供技术手段。

附图说明

图1是本发明体现核动力装置的仿真模型开发系统的示意图；

图2是本发明体现核动力装置的仿真模型开发系统的分析方法的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

一种核动力装置的仿真模型开发系统，如图1所示，该系统包括：标准化模型模块，可视化配置模块，模型管理模块，数据映射模块，参数赋值模块，代码生成模块以及数据通信模块。

标准化模型模块，用于对构成核动力装置的相关设备进行模拟，并对模型内部及外部的接口进行转换，达到模型间接口配置以及外部数据输入，进而实现仿真模型的标准化；

可视化配置模块，依据标准化模型模块之间的关联关系，确定模型模块信息和接口关系信息，进而获得模型配置关系文件；

模型管理模块，对所获得的模型配置关系文件进行处理，将相应的标准化模型模块信息及接口关系信息存储成XML格式的模型配置文件；

数据映射模块，用于实现设计软件与分析软件之间数据类型的格式转换，并生成数据配置文件；

参数赋值模块，用于对数据配置文件中的数据进行处理，得到模型的初始化参数信息，以用于对模型配置文件中的相关模型外部输入接口部分进行修改；

代码生成模块，解析XML格式的模型配置文件以获得指定节点的数据信息，以对相应的模型进行初始化和重构，进而获得目标仿真模型代码。

在上述方案的基础上，还包括数据通信模块，用于实现设计软件和分析软件之间的数据通信；且可视化配置模块包括：图形化建模模块，在用户依据所述标准化模型模块构建核动力装置的仿真模型的前提下，对模型进行拖拽，并对其连线进而实现模型模块之间的耦合集成；

拓扑结构分析模块，用于对用户所建立仿真模型的拓扑结构进行解析，获得所述图形化建模模块中所使用到的模型模块信息和接口关系信息；

模型识别模块，用于对拓扑结构分析模块中模型模块信息和接口关系信息进行识别，并形成模型配置关系文件。

一种应用核动力装置的仿真模型开发系统的分析方法，如图2所示，该方法包括以下步骤：

步骤1：依据核动力装置内各个设备的指标参数建立仿真模型，并将仿真模型放入标准化模型模块库中，以对仿真模型进行标准化处理，进而得到标准化模型；

步骤2：依据核动力装置的型式，利用步骤1的标准化模型搭建相应的仿真系统，并对其进行拓扑结构分析，提取模型模块信息和接口关系信息，放入模型配置关系文件中；

步骤3：依据步骤2中的模型配置关系文件，对其中的模型模块信息和接口关系信息进行匹配，生成XML格式的模型配置文件；

步骤4：基于XML格式的模型配置文件的解析，提取指定节点的映射关系，当接收到设计软件提供的数据时，将设计数据格式转换为标准化模型输入数据格式，并生成相应的数据配置文件；

步骤5：对步骤4的数据配置文件进行处理，获得模型模块的初始化信息，进而对步骤3的模型配置文件中的相应外部输入接口部分进行修改；

步骤6：解析步骤4中的XML格式的模型配置文件以获得指定节点的数据信息，以对步骤5中相应的模型文件进行初始化和重构，进而获得目标核动力仿真系统代码文件。

在上述方案的基础上，标准化处理过程具体包括以下步骤：

①、将核动力装置依据模块化划分，以建立各个设备的通用仿真模型；

②、在步骤①建立的通用仿真模型中，提取制定的节点数据信息，以形成标准化的仿真模型模板；

③、在步骤②形成的标准化的仿真模型之间，预留接口信息，通过可视化配置模块建立仿真模型间的关联关系；

④、针对步骤③中的接口信息给定外部输入接口信息变量，以用于对通用化模型的参数化修改。

下面通过具体实施例对本发明做进一步地说明：

S1：将核动力装置相关设备模型放入标准化模型模块库中，并对模型进行标准化处理。

其中核动力装置一般由堆芯、压力容器、主泵、主管道、蒸汽发生器、稳压器等设备组成，不同核动力装置中各个设备的内部组成和工作方式基本相同，可以采用模板的方式建立各个设备的仿真模型。

上述步骤S1对模型进行标准化处理的过程包括一下几个步骤，

S1.1：针对核动力系统进行模块化划分，分别建立各个设备的通用仿真模型；

S1.2：提取制定的节点数据信息，形成标准化的仿真模型模板；

S1.3：预留模型间接口信息，使可视化配置模块能够建立模型间关联关系；

S1.4：给定外部输入接口信息变量，用于通用化模型的参数化修改。

S2：根据核动力装置的型式，利用标准化模型模块搭建相应的仿真系统，并通过对拓扑结构的分析，提取模型模块信息和接口关系信息，放入模型配置关系文件；

S3：对搭建的仿真系统中的模型模块信息和接口关系信息进行匹配，生成XML格式的模型配置文件；

S4：当接收到设计软件提供的数据时，将设计数据格式转换为标准化模型模块输入数据格式，并生成相应的数据配置文件；

S5：对数据配置文件进行处理，对模型配置文件中的相应外部输入接口部分进行修改，获得模型模块的初始化信息；

S6：根据XML格式的模型配置文件中的数据，对相应的模型文件进行初始化和重构，获得核动力仿真系统代码文件。

以上所述实施方式仅表达了本发明的一种或多种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种核动力装置的仿真模型开发系统，其特征在于，该系统包括：

标准化模型模块，用于对构成核动力装置的相关设备进行模拟，并对模型内部及外部的接口进行转换，达到模型间接口配置以及外部数据输入，进而实现仿真模型的标准化；

可视化配置模块，依据标准化模型模块之间的关联关系，确定模型模块信息和接口关系信息，进而获得模型配置关系文件；

模型管理模块，对所获得的模型配置关系文件进行处理，将相应的标准化模型模块信息及接口关系信息存储成XML格式的模型配置文件；

数据映射模块，用于实现设计软件与分析软件之间数据类型的格式转换，并生成数据配置文件；

参数赋值模块，用于对数据配置文件中的数据进行处理，得到模型的初始化参数信息，以用于对模型配置文件中的相关模型外部输入接口部分进行修改；

代码生成模块，解析XML格式的模型配置文件以获得指定节点的数据信息，以对相应的模型进行初始化和重构，进而获得目标仿真模型代码；

数据通信模块，用于实现设计软件和分析软件之间的数据通信；

所述核动力装置的仿真模型开发系统的仿真分析方法包括以下步骤：

步骤1：依据核动力装置内各个设备的指标参数建立仿真模型，并将仿真模型放入标准化模型模块库中，以对仿真模型进行标准化处理，进而得到标准化模型；

步骤2：依据核动力装置的型式，利用步骤1的标准化模型搭建相应的仿真系统，并对其进行拓扑结构分析，提取模型模块信息和接口关系信息，放入模型配置关系文件中；

步骤3：依据步骤2中的模型配置关系文件，对其中的模型模块信息和接口关系信息进行匹配，生成XML格式的模型配置文件；

步骤4：基于XML格式的模型配置文件的解析，提取指定节点的映射关系，当接收到设计软件提供的数据时，将设计数据格式转换为标准化模型输入数据格式，并生成相应的数据配置文件；

步骤5：对步骤4的数据配置文件进行处理，获得模型模块的初始化信息，进而对步骤3的模型配置文件中的相应外部输入接口部分进行修改；

步骤6：解析步骤4中的XML格式的模型配置文件以获得指定节点的数据信息，以对步骤5中相应的模型文件进行初始化和重构，进而获得目标核动力仿真系统代码文件。

2.根据权利要求1所述的核动力装置的仿真模型开发系统，其特征在于，所述可视化配置模块包括：

图形化建模模块，在用户依据所述标准化模型模块构建核动力装置的仿真模型的前提下，对模型进行拖拽，并对其连线进而实现模型模块之间的耦合集成；

拓扑结构分析模块，用于对用户所建立仿真模型的拓扑结构进行解析，获得所述图形化建模模块中所使用到的模型模块信息和接口关系信息；

模型识别模块，用于对拓扑结构分析模块中模型模块信息和接口关系信息进行识别，并形成模型配置关系文件。

3.根据权利要求1所述的核动力装置的仿真模型开发系统，其特征在于，所述核动力装置由堆芯、压力容器、主泵、主管道、蒸汽发生器、稳压器等设备组成，不同核动力装置中各个设备的内部组成和工作方式基本相同，进而采用模板的方式建立各个设备的仿真模型。

4.根据权利要求1所述的核动力装置的仿真模型开发系统，其特征在于，在步骤1中，所述标准化处理过程具体包括以下步骤：

①将核动力装置依据模块化划分，以建立各个设备的通用仿真模型；

②在步骤①建立的通用仿真模型中，提取制定的节点数据信息，以形成标准化的仿真模型模板；

③在步骤②形成的标准化的仿真模型之间，预留接口信息，通过可视化配置模块建立仿真模型间的关联关系；

④针对步骤③中的接口信息给定外部输入接口信息变量，以用于对通用化模型的参数化修改。

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