Modelica语言及其多领域统一建模与仿真机理

详细介绍了Modelica语言及其主要特点,系统地阐述了Modelica语言的多领域统一建模与仿真原理,分析了Modelica语言适合于复杂系统建模的内在原因,探讨了基于Modelica语言的复杂产品建模方法,综述了基于Modelica语言的建模仿真工具研究现状,总结了采用Modelica语言进行多领域统一建模的优势。

多领域统一建模方法在汽车性能仿真中的应用

现代汽车已越来越成为一个典型的多领域综合系统,包含了机械、电子、液力、控制等不同领域的系统并相互耦合。因此,汽车的性能仿真迫切需要一种统一的工具,以使不同领域的仿真分析基于一个统一的模型,从而减少不同模型间的数据传递、提高仿真精度;另外不同领域问题采用统一的可重用模型、提高建模效率。采用基于Modelica语言、标准及工具软件,已经有针对整车动力学及控制问题的多个模块,为汽车性能仿真提供了有效的工具。

大型滑动轴承试验装置的多领域物理统一建模与仿真

以大型滑动轴承试验过程为对象,基于3D EXPERIENCE单一数据源可体验软件平台对装备产品整机、关键系统和零部件的多层次跨领域建模,以及大规模系统仿真等虚拟试验关键技术进行了深入研究,利用Modelica语言开发了大型滑动轴承试验装置多领域物理统一模型,建立了集机械、电控、流体的一体化虚拟试验系统,实现了试验过程的知识化积累。仿真结果表明,该方法能够比较真实地模拟试验过程,获取较为精确的试验数据,可有效减少实物试验次数,提高试验柔性,补充物理试验,为复杂装备产品方案验证与设计提供经济高效的试验验证手段。

面向领域的仿真设计建模工具SIMDEMO

讨论了面向领域的仿真设计建模工具SIMDEMO的设计和实现.基于透明性、正交性、层次性的视图分解原理,对处于不同阶段、面向不同用户、涉及不同方面的系统模型采用多视图进行分解,建立了以多视图为核心理念的系统协同建模方法,给出了该建模方法下建模所需遵循的过程指导.针对领域模型描述、表示以及操作等多个方面对工具重构的需求,研究得到了基于元对象反射模型的工具架构;架构具有良好适应性,使得工具重构更灵活、简捷.对SIMDEMO的功能结构进行了简介,给出了系统实现方案.最后,将SIMDEMO与典型同类工具作了比较.

基于Modelica的ABS电磁阀多领域建模仿真分析

首先对ABS电磁阀的电控机理做了分析,介绍了Modelica语言多领域统一建模语言的优越性,并在ABS电磁阀的原理基础上,采用Modelica统一建模语言,建立了ABS电磁阀的气动、机械、电路、磁场的多领域模型。通过实验测试与计算机仿真的对比,确定了模型的准确性,同时分析了ABS电磁阀相关参数对其特性的影响,为ABS电磁阀的设计和ABS控制气压制动系统性能分析提供依据。

基于ExSpect领域模型库的装备维修机构仿真环境构建

应用可执行规格说明语言及工具Exspect,建立了支持维修机构建模仿真分析的领域模型库。该环境支持下,通过可重用组件的安装和实例化,可显著提高维修机构的建模效率。在模型仿真环境中,可自动运行模型,直观分析系统运行特性,并可进行定量分析,为维修保障建模、仿真提供了实用、高效的技术手段。

统一潮流控制器的Matlab仿真建模及分析

统一潮流控制器 (UPFC)是一种新颖的输电控制设备 ,它对输电系统的参数如节点电压、线路阻抗和相角能够进行很好的动态控制 ,文章首先建立了它的 Matlab(MatrixL aboratory)仿真模型 ,然后用一具体事例详细分析了在稳态情况下 UPFC串联部分和并联部分对系统的电压和功率的调节作用。仿真结果表明 ,UPFC能够在较大的范围内对系统的有功、无功和电压进行调节。它为电力系统工程师提出了一种评估 UPFC的可行性以及将对输电系统带来何种影响的工具。最后用模拟方法验证了基于 Matlab仿真模型的数值计算方法的有效性。

统一电能质量控制器的建模与仿真

统一电能质量控制器可同时补偿电网畸变电压和抑制负载谐波电流。为此,构造了一种基于反向传播算法的三层前馈神经网络用来检测并联型有源电力滤波器的谐波电流,离线训练收敛后实现在线功能,对串联型有源电力滤波器谐波电压检测采用了畸变电压参考量比较检测方法;建立了统一电能质量控制器的系统仿真模型,利用其对各种电能质量问题的补偿性能进行了仿真研究,并对补偿前后负载和电源电流/电压进行了频谱分析。研究结果表明,统一电能质量控制器集电压补偿、电流补偿于一体,可有效实现多重电能质量调节功能。

产品多领域协同设计过程建模及仿真

随着产品功能和结构的日趋复杂,产品多领域协同设计成为必然。针对产品多领域协同设计过程的多领域性、层次性、协同性等特性,基于活动理论,参考活动网络图建模方法和协同工作建模方法(MCM),提出并建立了基于活动的协同关联图(Cooperating Correlative Map Base on Activity,CCM_A)过程建模方法。借鉴HLA高层结构体系的构建理念,建立了相应的层次仿真体系和仿真机制;结合新型自驱动式电缆牵引机设计实例,进行了基于CCM_A的多领域协同设计过程建模及仿真应用,通过仿真结果分析,对过程模型提出改进措施。

颚式破碎机系统动力学统一化建模与仿真向量键合图法

针对电机驱动简摆颚式破碎机系统的动力学统一化建模与仿真问题,提出了相应的向量键合图法。根据机构运动副的约束关系,将各构件的向量键合图模型相互键接,建立了六杆简摆颚式破碎机机构的向量键合图模型。将运动副约束反力向量作为势源向量作用在机构向量键合图模型相应的0-结处,实现机构向量键合图模型的贮能元件皆具有积分因果关系。在此基础上,建立了计及驱动电机、破碎阻力及运动副约束反力向量的简摆颚式破碎机系统的向量键合图模型,实现了机电系统的统一化计算机建模及动力学仿真。通过与牛顿-欧拉动力学方法计算结果相对比,验证了所述方法的可靠性。研究表明:所述方法是有效的,其程式化的建模方式提高了机电系统动力学建模与仿真工作的自动化程度及可靠性。在一个运动周期内,动颚破碎行程及排料行程角速度的正、反向最大值相差甚小,破碎行程及排料行程所用时间也比较接近。在一个运动周期的初始和终了阶段,动颚角加速度、动颚两端的运动副约束反力均会产生较大幅度的变化;终了阶段的变化尤为突出,动颚角加速度由0反向增至-83.36 rad/s^(2),其两端运动副约束反力的增长率分别为2 576.44%、249.10%。另外,动颚在左极限位置时,破碎力的突变导致动颚两端运动副约束反力均产生较大幅度的突变,其减少率分别为95.84%、72.43%。这为破碎机结构及参数的优化设计奠定了基础,也进一步表明方法具有鲜明的特色优势。

用MapleSim进行多领域混合建模仿真分析

为了评估MapleSim建模与仿真软件性能。该文简要介绍了MapleSim及其特点并阐述了MapleSim进行建模分析的步骤。并实验用MapleSim对一个机械系统和模拟电路信号产生电路建模仿真和分析,比较不同实验情况结果和提取系统方程。结果表明MapleSim是一个优秀的、直观快捷的高性能多领域复杂系统物理建模仿真分析工具。实验有指导意义。

支持复杂物理系统设计的多领域统一建模平台

针对复杂物理系统工程设计中多领域之间耦合并需要统一建模的问题,研究了基于Modelica语言多领域统一建模平台所涉及的文本建模、可视化建模、文本关联和模型解析等关键技术,并开发了相应的平台。开发了支持关键字高亮技术的文本编辑器,实现了文本建模;提出了模型库的序列化加载策略以提高模型库的加载速度;采用文本关联修改技术,保证了可视化建模中的模型与Modelica描述文本的一致性;通过词法分析、语法分析和语义检查等解析机制对文本建模或可视化建模所建立的Modelica模型进行合法性检查。最后给出了建模实例。

基于统一建模语言的仿真模型参数试验研究

分析多领域物理系统统一建模技术的基础上,针对Modelica模型参数试验分析的关键技术,研究了两种模型试验方案构建的方法,一种是基于模型的编译信息的启发式方法,另一种利用Modelica统一语言表达来构建模型试验方案。研究实现了模型试验仿真求解过程。以数值模型和某耦合离合器模型参数试验验证了方法的有效性。从而为研究仿真模型参数之间耦合关系提供了有效方法和工具。

多领域统一建模技术在管路分析中的应用与发展

管路分析在液压(或气动)传动系统设计中占有越来越重要的位置,不但有助于液压系统中各元件的布置设计,还可以对管路中的压力分布和脉动进行分析,从而为减少液压系统中的振动、冲击和噪声。多领域统一建模技术为复杂管路的机、电、液、控耦合系统建模与分析提供了新方法,也为管路分析与设计提出了新挑战。本文首先对基于Modelica语言的多领域统一建模技术进行简述,重点综述了基于Modelica语言的多领域统一建模技术在管路分析中的应用概况,在此基础上给出了管路分析的未来发展趋势。

基于Modelica的磁流变制动器多领域建模与仿真

针对磁流变制动器的多领域耦合建模问题,对磁流变制动器的工作原理和多领域模型的构建进行了研究。基于Modelica/MWorks平台,采用多领域统一建模方法,建立了磁流变制动器的多领域统一模型。分析了结构参数、磁路参数、材料特性、工作间隙、转轴转速和励磁电流等因素对制动性能的影响,并对磁流变制动器在不同参数下的制动性能进行了仿真;同时,设计并制造了一款用于微型汽车的单盘式磁流变制动器,搭建了制动器性能测试平台,将实验结果与仿真结果进行了比较,两者基本吻合。研究结果表明,用多领域统一建模的方法构建的磁流变制动器模型具有较高的精确性,该建模仿真方法为磁流变制动器后续的优化设计及产品开发奠定了基础,对其他磁流变装置的研究开发也具有借鉴作用。

微机电系统基于端口的多领域建模和仿真

微机电系统是典型的多领域复杂系统,需要一种能够将复杂组件和子系统紧密集成跨领域的通用建模和仿真方法.介绍了微机电系统设计和仿真的现状,给出了基于端口的多领域建模概念,分析了其建模基础和基于VHDL-AMS、键合图和线图的实现方法,并给出了组件层次仿真的实现方法.分析表明,基于端口的建模实现了多领域物理现象的统一描述,并通过界面与实现的分离,实现了自上而下的层次化建模,可用一种仿真语言和仿真器实现整个MEMS系统的建模与仿真.

基于多主体的计算建模与仿真框架——社会科学领域发现式学习环境的构建

发现式学习已经在自然科学与工程教育领域得到了广泛的应用 ,但在社会科学领域并不多见。本文首先讨论了在社会科学教育与研究领域引入基于多主体的计算建模和仿真方法的必要性 ,在分析现有多主体建模与仿真平台 (工具 )优缺点的基础上 ,提出并实现了基于多主体的计算建模和仿真框架。实验结果表明 ,该框架能为构建社会科学领域的发现式学习环境提供理论和工具支持。

基于Modelica/Dymola的传动丝杠多领域建模与仿真

机电系统的开发需要多领域建模与仿真技术的支持,面向对象物理建模语言Modelica正是为解决复杂物理系统建模与仿真而提出的,而Dymola仿真平台完全支持Modelica语言,使得仿真更加容易实现。传动丝杠系统是一种典型的机电系统,采用Modelica语言对其进行了建模,并在Dymola上进行仿真。仿真结果表明,传动丝杠的伺服系统动态响应性能效果良好,并通过实验验证了仿真的有效性。Modelica/Dymola很好的将机械、电气和控制结合在一起,实现它们之间的无缝连接,而且建模更加形象。

多领域统一建模初始化变量选择分析

多领域统一建模中,为求解DAEs(Differential Algebraic Equations)需要解决初始相容性问题。结构化分析可以验证初始相容性,求解部分初值并确定方程自由度,但无法确定需要初始化的变量。错误地选择初始化变量可能极大地降低求解与仿真的效率,甚至导致失效。分析了DAEs初始相容性问题,提出了基于DM分解(Dulmage and Mendelsohn Decomposition)的初始化变量选择策略,通过DM分解将结构化分析得到的系统分解为两部分,对欠约束部分进行可达性分析,确定需要初始化的变量。该方法可以有效地确定初始化变量,避免错误的选择。

基于FMI协议的跨领域多学科仿真系统建模分析

应用传统分析方法对跨领域多学科仿真系统进行分析时,存在系统延长时间数值过小,导致最终的分析结果不准确的问题,因此,提出一种基于FMI协议的跨领域多学科仿真系统建模分析方法。利用FMI协议提取仿真系统元模型,明确元模型中的数据元素,使用Modlelica中的三类方程式和算法建立一个映射规则,计算映射过程中数据对象的变动量,最终得到分析模型的数学表达式,完成对仿真系统的建模分析。实验结果表明:与传统分析方法相比,基于FMI协议的跨领域多学科仿真系统建模分析方法,最终得到的系统延迟数值与实际延迟数值相差不大,最终得到的分析结果更准确,适合在实际分析中使用。