[TOC]
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# 0. 更新日志

2024 v0.4版本，介绍耦合求解器基本框架，包含时间推进方法，多体动力学模块与气动、水动模块耦合方法。
2025 v0.6版本，耦合求解器新增公共lib模块，yaml解析模块，控制模块，时间推进过程中增加向控制模块输入参数，控制器返回指令，指令结果向多体动力学模块传递。对照Bladed新增变桨二阶传递函数、电机转矩一阶传递函数。新增Steady Operational Loads, Steady Parked Loads两个稳态工作流，新增Normal Stop, Emergency Stop, Start, Idling, Parked五个Simulation功能。


# 1. 耦合求解器简介
正常发电工况需要进行气动模块、多体模块、控制模块、漂浮式机组还有水动模块的耦合计算，耦合求解器模块处理在瞬态仿真中所有模块的时间推进，以及在时间推进中模块间的数据传递。

# 2. 耦合求解器程序介绍
## 2.1. 耦合求解器程序结构
```
herolib/                         # 公共lib模块
aerodyn/                         # 气动模块
controller/                      # 控制模块
hydrosim/                        # 水动模块
multidyn/                        # 多体动力学模块
yaml_herowind                    # yaml配置文件、模型文件解析模块
drivers/                         # 耦合求解器模块
├── coupled_solver_sub.rs        # 耦合求解器所用子函数
├── steady_operational_loads.rs  # 稳态运行载荷计算函数
├── steady_parked_loads.rs       # 稳态停机载荷计算函数
├── power_production_loading.rs  # 正常发电工况计算函数
├── normal_stop.rs               # 正常停机工况计算函数
├── emergency_stop.rs            # 紧急停机工况计算函数
├── start.rs                     # 启机工况计算函数
├── idling.rs                    # 空转工况计算函数
├── parked.rs                    # 停机工况计算函数
└── main.rs                      # 耦合求解器模块主程序
```

耦合求解器作为一个完整的rust项目，气动、水动、多体动力学、控制模块作为库引入，耦合求解器模块作为主程序，在耦合求解器控制的初始化、时间推进、数据传递中，调用气动、水动、多体模块函数。

## 2.2. 主要子模块的功能介绍

### 2.2.1. main.rs

- `main`：耦合求解器主函数，执行气动、水动、多体模块数据结构体的初始化，模块初始化，时间迭代过程。

### 2.2.2. coupled_solver_sub.rs

- `fast_init`：初始化函数，按照参与模块初始化，包括气动模块、水动模块、多体模块的初始化。
- `fast_solution_0`：耦合求解器t0时刻计算。
- `calc_outputs_and_solve_for_inputs`：计算多模块的输出，模块间交互数据。
- `solve_option_2a_inp2_bd`：多体模块执行计算，气动模块接收多体计算数据。
- `solve_option_2`：气动模块计算，多体模块接收气动计算数据。
- `fast_solution_t`：耦合求解器时间推进计算。
- `fast_extrap_interp_mods`：多体动力学模块输入外推。
- `fast_advance_states`：多体动力学模块状态推进，使用四阶Adams-Bashforth-Moulton预估矫正方法。
- `transfer_platform_motion_to_hd`：多体动力学模块输出平台运动传递给水动模块。
- `transfer_hd_forces_moments_to_ed`：水动模块输出力和力矩传递给多体动力学模块。
- `calc_ed_hd_residual`：计算多体与水动模块传递结果残差。

## 2.3. 耦合求解器流程图
<figure  style="text-align: center;">
  <img src="pics/耦合求解器流程图.png" alt="图片描述">
  <figcaption style="text-align: center;">图1: 耦合求解器流程图</figcaption>
</figure>

耦合求解器在时间推进计算中，首先初始化气动、水动、多体模块，然后进行t0时刻计算，之后进行时间推进计算。t0时刻，调用`calc_outputs_and_solve_for_inputs`函数，多体动力学模块根据输入参数计算该时刻各自由度响应，如果是多体与气动耦合，多体将响应传递给气动模块，如叶片节点的变形量，变形速度等，气动模块接收响应，执行自身模块计算，计算完成后将叶片节点上的力和力矩回传给多体动力学模块。如果是多体模块和水动模块联合，为了计算稳定性，在传递中需要额外加入雅可比矩阵计算，结合残差函数`calc_ed_hd_residual`计算得到的delta_u，计算从新的delta_u给多体动力学模块赋值。

时间推进过程中多体动力学模块需要调用`fast_extrap_interp_mods`函数将输入外推至下一时刻，然后调用`fast_advance_states`函数进行状态推进，推进过程中需要使用四阶龙格库塔方法或Adams-Bashforth-Moulton预估矫正方法。推进完成后调用`calc_outputs_and_solve_for_inputs`函数，计算流程与t0时刻相同。持续开展时间迭代，直到达到仿真结束时间步，计算结束。


## 2.4 steady operational loads


## 2.5 Steady parked loads


## 2.6 Simulations