检索结果-内蒙古大学图书馆

系统仿真学报 2019年第7期31卷 1313-1320页

作者：李光远重庆文理学院

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... 详细信息

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。

关键词：多领域统一建模微分代数方程初始相容性最大匹配 DM分解

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支持复杂物理系统设计的多领域统一建模平台

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计算机集成制造系统 2010年第11期16卷 2428-2434页

作者：朱玉明刘继红谷志才杨海成北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191 中国航天科技集团公司北京100037

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... 详细信息

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。

关键词：复杂物理系统多领域统一建模 Modelica语言飞机起落架产品设计

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多领域统一建模技术在管路分析中的应用与发展

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舰船科学技术 2012年第7期34卷 3-7页

作者：董仁义吴崇健张京伟彭文波中国舰船研究设计中心湖北武汉430064

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、... 详细信息

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。

关键词：液压系统管路分析多领域统一建模 Modelica

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多领域统一建模框架下PDE与DAE的一致求解方法研究

多领域统一建模框架下PDE与DAE的一致求解方法研究

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作者：杨红光杭州电子科技大学

学位级别：硕士

随着世界经济的飞速发展，全球化市场逐渐形成，制造业之间的竞争日趋激烈。日趋复杂的现代机电产品广泛涉及航空航天、机电制造、能源和交通等重要制造行业，如飞机、电力机车、混合动力汽车等，通常是集机械、电子、液压、控制等多个... 详细信息

随着世界经济的飞速发展，全球化市场逐渐形成，制造业之间的竞争日趋激烈。日趋复杂的现代机电产品广泛涉及航空航天、机电制造、能源和交通等重要制造行业，如飞机、电力机车、混合动力汽车等，通常是集机械、电子、液压、控制等多个领域子系统于一体的复杂大系统，多领域耦合和连续-离散混合及知识非结构化的特性是其本构关系描述的基本特征。针对这些复杂工程系统多领域统一建模与仿真的需求，近年来多领域统一建模与仿真的理论和方法的研究发展迅速，并初步形成了以Modelica为代表的多领域统一建模规范语言。这些语言普遍支持面向对象、多领域统一，非因果陈述式表示以及连续-离散混合的建模法，为解决复杂工程系统的众多领域耦合问题开辟了新的道路，并且开始逐渐应用于工程实际，取得了良好效果。 Modelica语言是为解决复杂物理系统建模与仿真问题而提出的一种多领域统一建模语言，目前该语言仅支持对时间域微分代数方程（DAE）问题的描述，而对空间域的偏微分代数方程（PDE）问题缺乏有效支持。为了实现Modelica语言对PDE问题的支持，进而对多领域系统进行统一建模，本文研究了多领域系统PDE与DAE统一描述和统一求解的方法。提出了利用无网格径向基函数配点法并结合成熟的DAE求解器进行求解。首先研究时间域与空间域耦合的PDE问题的数值解问题，主要思想是将PDE问题转换成DAE问题。通过无网格径向基函数配点法将该PDE问题在空间求解域分布的节点上离散成一系列的DAE，然后在此基础上再采用成熟的DAE求解器，主要采用基于Modelica语言的仿真平台软件MWorks（MWorks是由华中科技大学开发的基于Modelica语言的多领域统一建模与仿真平台）进行求解。本文提出的方法在不改变Modelica语法的前提下，基于多领域系统统一框架下时间域与空间域耦合PDE与DAE的一致建模，实现了PDE与DAE的一致求解，大大简化了PDE问题的求解难度，并且求解精度高，稳定性好、边界条件处理简单，有利于直接求解复杂工程系统多领域耦合、时间域和空间域耦合的复杂问题。本文提出的无网格径向基函数配点法将PDE问题转化为DAE问题，进而在基于Modelica语言环境的MWorks中利用成熟的DAE求解器进行一致表示和求解。对于解决多领域时间域与空间时域耦合的PDE与DAE混合物理系统，该方法是一种简单而有效的求解方式。一方面，无网格径向基函数配点法在对PDE问题空间离散处理上能够克服以往一些数值法的不足，如直线法对求解域边界要求规则，有限元法依赖于网格的划分等等；另一方面，充分发挥了多领域统一建模语言Modelica的优势，进而很好的解决了多领域系统PDE与DAE混合模型建立求解的问题，这对提高Modelica语言解决复杂物理系统建模与仿真的能力有着非常重要的意义。

关键词：多领域统一建模无网格 PDE DAE Modelica

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多领域统一建模语言中的过程式建模机制研究与实现

多领域统一建模语言中的过程式建模机制研究与实现

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作者：魏昕华中科技大学

学位级别：硕士

现代产品日趋复杂,通常是由多个领域的多个子系统组成,这些不同领域的子系统表现出紧耦合的特性,要求对多领域统一建模、一致仿真。为优化复杂产品的设计,得到复杂产品整体性能的准确仿真结果,工业界迫切需要有一种能够跨越不同领域、... 详细信息

现代产品日趋复杂,通常是由多个领域的多个子系统组成,这些不同领域的子系统表现出紧耦合的特性,要求对多领域统一建模、一致仿真。为优化复杂产品的设计,得到复杂产品整体性能的准确仿真结果,工业界迫切需要有一种能够跨越不同领域、不同学科的多领域仿真理论与方法。Modelica作为新一代多领域统一建模语言,具有支持面向对象的层次化建模、多领域建模、陈述式物理建模和连续离散混合建模等特性,非常适合描述现代多领域复杂系统,代表着系统仿真建模和仿真技术发展的新方向。本文面向多领域物理系统统一建模与仿真平台MWorks的开发,研究多领域统一建模语言Modelica的过程式建模特性。通过对比陈述式建模与过程式建模两种不同建模方式,分析Modelica语言建模与仿真原理,结合MWorks编译器的编译分析流程,对其中函数机制、算法机制和C代码映射等过程式建模机制做了深入研究。函数机制是Modelica语言过程式建模的核心机制。在现有的MWorks编译仿真模型的基础流程上,研究函数机制中的一般函数、函数调用、内置函数、外部函数,提出以仿真模型的标准解析为主线,加入函数类型限制性检查和输入输出组件收集等辅助过程完成函数类解析;简化实例化流程,通过分析变型信息判断默认参数的完全变型;设计参数匹配过程完成函数形参与实参的匹配;在编译器内部完成内置函数的分析以加快模型仿真过程;以函数接口为切入点,解决了在Modelica模型中调用C、FORTRAN函数的问题。算法机制是Modelica语言过程式建模的另一种重要形式,通过算法与函数的比较,分析Modelica语言的算法机制的特点,讨论算法中输入输出分析以及算法子句在算法机制中的重要作用并给出具体的实现方案。 C代码映射是Modelica语言过程式建模从模型到仿真过程的关键机制,将函数定义分为函数原型声明、算法子句、内部变量、返回语句、复合类型声明等五个部分分别映射后再组装到一起生成C代码。通过内部变量依赖性分析解决Modelica与C语言中变量的不同使用方式的问题。基于上述研究,在MWorks平台下实现了基于Modelica语言的过程式建模机制。论文最后介绍了MWorks系统建模流程,并给出了有关过程式模型的运行实例。

关键词：多领域统一建模 Modelica 过程式建模仿真

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基于键合图的多领域统一建模与仿真技术研究

基于键合图的多领域统一建模与仿真技术研究

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作者：胡全义大连理工大学

学位级别：博士

复杂机电液系统集成了机械、电气、液压及控制等多种学科领域,具有复杂性、异构性及“信息”和“物理”相融合等特征,多领域统一建模与仿真技术正是针对不同学科子系统之间的耦合进行整体性能预测、分析和优化的关键技术,为复杂机电液... 详细信息

复杂机电液系统集成了机械、电气、液压及控制等多种学科领域,具有复杂性、异构性及“信息”和“物理”相融合等特征,多领域统一建模与仿真技术正是针对不同学科子系统之间的耦合进行整体性能预测、分析和优化的关键技术,为复杂机电液系统的创新设计及并行开发提供了有效的解决途径。键合图和面向对象建模是当前最常用的两种多领域统一建模方法,其基于组件连接机制的建模方式常导致系统方程中普遍存在“代数环”和“微分因果关系”问题,对系统状态方程推导和微分代数方程(DAEs)数值求解等带来很大困难。键合图方法所特有的因果关系分析能显化“代数环”和“微分因果关系”问题,基于该优点,本文从键合图模型修正及基于键合图的符号/数值混合算法的角度考虑其对策;另外,基于面向对象的Modelica建模语言开发键合图仿真工具BGSim,从而为处理“代数环”和“微分因果关系”问题提供有效的技术支撑。主要研究内容和结论如下:(1)利用因果路径分析方法,实现了键合图模型中“代数环”和“微分因果关系”问题的显化,讨论了其本质、产生原因及其对系统状态方程推导造成的影响,并基于场和结型结构理论,由“代数环”和“微分因果关系”键合图模型,分别推导出具有不同表现形式的DAEs方程。提出在复杂非线性情况下,应当接受模型中存在“代数环”和“微分因果关系”问题:一方面,便于直接构建非线性系统键合图模型,从而避免模型的修正;另一方面,易于推导出一组相对简单、易于编程实现的DAEs方程,适于自动建模仿真技术的应用。(2)从奇异摄动问题的角度探讨Karnopp-Margolis模型修正方法消除“代数环”和“微分因果关系”问题的基本原理,分析了基于频域分析方法确定微小参数储能元的合理值存在的局限性;从时域、能量交互的角度,提出一种基于相对活性分析的参数确定方法,可以实现对多个增补储能元分别确定合适的参数,同时考虑输入激励及系统阻尼对快、慢子系统解耦情况的影响,具有计算简单、物理意义明确等特点,而且能量交互的属性使其更适于键合图模型的修正。另外,提出通过调整寄生阻性元参数,使微小参数储能元产生的最快频率分量子系统转换为临界阻尼系统,从而减轻数值刚性的影响,提高计算效率。(3)基于键合图场和结型结构理论,提出以外部功率键变量作为系统变量、利用组件属性约束方程和结构约束方程列写系统基本方程的方法,能够获得较少冗余的DAEs方程及显式代数约束方程,从而简化后续指标约简过程。结合键合图能够显化“代数环”和“微分因果关系”的特点及面向对象建模方法常用的符号/数值混合算法,提出一种基于键合图因果路径分析确定“撕裂变量”的新算法,可以得到一组具有较少数量的“撕裂变量”,且利用“受控汇”组件在模型中表达相应的撕裂信息,能够得到基于键合图模型的符号/数值混合算法数值求解过程,从而顺利解决由“代数环”和“微分因果关系”问题所得高指标DAEs方程的数值求解问题。(4)从键合图和面向对象建模方法相融合的角度,开发了面向对象的键合图仿真工具BGSim。BGSim遵循Modelica组件连接机制,支持非因果键合图、含“代数环”和“微分因果关系”问题非标准型键合图的自动建模与仿真,而且与Modelica标准模型库具有良好的兼容性。另外,通过“基于压差控制的新型负载敏感系统”开发实例,完成了系统建模、试验验证及仿真分析等任务,从而验证了本文研究内容及BGSim仿真工具在处理复杂机电液系统建模与仿真分析的有效性。本课题属于多领域统一建模与仿真技术的基础研究,本文的研究内容具有理论意义和应用价值,为复杂机电液系统动力学分析及设计提供理论基础和仿真工具支持。

关键词：机电液一体化多领域统一建模非标准型键合图符号运算负载敏感系统

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多领域统一建模方法在汽车性能仿真中的应用

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计算机仿真 2008年第11期25卷 274-277页

作者：任卫群宋健华中科技大学国家CAD支撑软件工程技术研究中心湖北省武汉市430074 清华大学"汽车安全与节能"国家重点实验室北京市100084

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... 详细信息

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。

关键词：多领域统一建模汽车性能仿真

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多领域统一建模方法在汽车性能仿真中的应用

多领域统一建模方法在汽车性能仿真中的应用

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2007系统仿真技术及其应用学术会议

作者：任卫群宋健华中科技大学国家CAD支撑软件工程技术研究中心清华大学汽车安全与节能国家重点实验室

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... 详细信息

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．

关键词：多领域统一建模汽车性能仿真 Modelica

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机械学科虚拟实验构件多领域统一建模与组装平台研究

机械学科虚拟实验构件多领域统一建模与组装平台研究

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作者：张曦上海交通大学

学位级别：硕士

机械学科实验教学是机械专业教学重要的教学内容，是使学生在学好基本理论和基本技能的同时，培养学生创新精神和动手能力，提高学生综合素质的重要途径。传统的实物实验教学已经不能满足当前实验教学的需求，为缓解实验器材不足、设备... 详细信息

机械学科实验教学是机械专业教学重要的教学内容，是使学生在学好基本理论和基本技能的同时，培养学生创新精神和动手能力，提高学生综合素质的重要途径。传统的实物实验教学已经不能满足当前实验教学的需求，为缓解实验器材不足、设备老化等问题，同时还为培养学生的创新能力，机械学科虚拟实验的研究为该问题的解决提供的途径。机械学科实验不单单局限于纯机械领域，相当一部分实验体现了多个领域知识的综合应用。目前广泛使用的虚拟试验建模方法存在建模速度慢，模型局限性强，往往针对特定实验或者特定领域。多领域统一建模方法的研究将有利于虚拟实验平台的推广应用。本文在深入分析多领域统一建模方法以及机械学科虚拟实验现状与不足的基础上，进行了以下研究：首先，通过分析Modelica统一建模语言的特点及其使用方法的基础上，对机械学科实验进行了归纳，建立了机械学科虚拟实验构件模型并形成构件库，同时分析了构件三维模型与Modelica逻辑模型的内在联系，提出了机械学科实验构件的完整模型表达。其次，通过研究Modelica逻辑模型的特点，提出了利用XML语言统一存储Modelica逻辑模型和三维可视化模型部分信息的数据结构并制定了相应的数据结构规范，提出通过遍历Modelica库并利用Modelica平坦模型获取Modelica模型信息的方法。此外，通过分析场景XML模型结构，提出了将场景XML模型转换成可求解的Modelica模型的方法。为虚拟实验平台、Modelica逻辑模型和三维可视化模型三个独立模块搭建了信息传递的桥梁。再次，通过分析plt结果文件的特点，提出了储存虚拟实验场景求解结果的XML数据格式。通过分析OSG矩阵转换的特点，提出了XML结果数据与场景中构件之间的映射方法，解决了虚拟实验平台的最后一个技术问题。最后，在上述方法与技术研究的基础上，开发了一套机械学科虚拟实验构件多领域统一建模与组装平台，并应用于机械学科虚拟实验中，通过应用示范，验证了本文所述方法的正确性与有效性。

关键词：虚拟实验机械学科多领域统一建模 Modelica XML

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基于Modelica的四旋翼飞行器多领域统一建模及多目标优化设计

基于Modelica的四旋翼飞行器多领域统一建模及多目标优化设计

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作者：马小辉杭州电子科技大学

学位级别：硕士

四旋翼飞行器作为一种结构新颖、性能卓越的垂直起降无人机,具有重要的科研价值和广阔的市场前景。但由于其控制难度高、有效载荷低、续航时间较短等缺点,使得四旋翼飞行器的发展较为缓慢。四旋翼飞行器系统涉及电机、空气动力学、现代... 详细信息

四旋翼飞行器作为一种结构新颖、性能卓越的垂直起降无人机,具有重要的科研价值和广阔的市场前景。但由于其控制难度高、有效载荷低、续航时间较短等缺点,使得四旋翼飞行器的发展较为缓慢。四旋翼飞行器系统涉及电机、空气动力学、现代控制理论等多个领域,是典型的多领域耦合系统。传统的单领域仿真分析方法与工具在构建多领域模型时,通常是将各个领域分别进行建模,然后进行集成,往往导致模型系统的耦合性差,从而造成仿真的精度和效率不高等问题,难以胜任复杂机电系统的统一设计分析要求。本文提出采用多领域统一建模的方法,在飞行器运动学模型基础上,添加飞行器动力学模型,同时又基于其非线性、欠驱动、强耦合的特点,设计控制器,并利用多领域仿真优化平台MWorks对其飞行性能进行仿真分析。然后采用拉丁超立方方法进行实验设计,构建四旋翼飞行器RBF性能函数。采用NSGA-II多目标遗传算法进行优化求解。优化结果表明,飞行器的飞行性能得到大幅提升且飞行器的质量得以降低。主要研究内容为:(1)阐述了四旋翼飞行器的发展历史及国内外研究现状,对多领域统一建模方法和优化设计进行了综述。(2)参考国内外文献,对四旋翼飞行器的结构形式及飞行原理进行研究,分析其动力学特性,并根据其特性建立数学模型。并在原有运动学模型基础上,添加飞行器动力学模型,从而构建多领域统一仿真模型。(3)基于多领域统一建模平台MWorks,使用Modelica语言,构建四旋翼飞行器的动力学仿真模型。通过对比飞行器仿真结果与实际飞行速度,误差在3%以内,验证了多领域统一模型的准确性。(4)通过拉丁超立方实验设计,对四旋翼飞行器飞行性能进行仿真,构建四旋翼飞行器RBF性能函数。采用多目标优化方法NSGA-II求取Pareto最优解。与原型系统相比,优化后的四旋翼飞行器不仅在质量上降低了1.4%,同时最大飞行速度提高37%,最小悬停转速降低了20%。

关键词：四旋翼飞行器多领域统一建模拉丁超立方采样方法多目标优化算法

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