多領域物理統一建模語言與MWORKS實踐

第1章 系統建模模擬技術簡介 1
1.1 數字化技術變革 2
1.1.1 數字化技術發展歷程 2
1.1.2 基於模型的系統工程發展歷程 3
1.1.3 數字孿生發展歷程 5
1.1.4 數字工程發展歷程 7
1.1.5 數字化技術發展趨勢 8
1.2 系統建模模擬技術及多領域物理統一建模語言Modelica 9
1.2.1 系統建模模擬技術的發展 9
1.2.2 Modelica的原理與技術特點 13
1.2.3 Modelica的工業應用及價值 18
1.3 基於Modelica的系統建模模擬軟件MWORKS.Sysplorer 20
1.3.1 MWORKS平臺簡介 20
1.3.2 MWORKS產品體系結構 22
1.3.3 Sysplorer的主要功能與應用 23
本章小結 24
習題1 24
第2章 Sysplorer入門 25
2.1 Sysplorer軟件安裝與配置 26
2.1.1 下載與安裝 26
2.1.2 授權申請 30
2.1.3 運行配置 36
2.2 Sysplorer軟件環境 37
2.2.1 Sysplorer的主要功能 38
2.2.2 Sysplorer模型庫 43
2.2.3 Sysplorer工具箱 55
2.2.4 幫助中心 56
2.3 Sysplorer建模入門 56
2.3.1 圖形化建模 57
2.3.2 文本建模 70
本章小結 72
習題2 72
第3章 Modelica模型開發基礎 73
3.1 Modelica語言的一般結構 75
3.1.1 自由落體運動Modelica建模 75
3.1.2 電阻元件Modelica建模 76
3.1.3 Modelica語言一般結構組成 77
3.2 類與內置類型 79
3.2.1 類與對象 79
3.2.2 通用類 79
3.2.3 特化類 80
3.2.4 數據類型及其屬性 86
3.2.5 數據前綴 89
3.3 數組 90
3.3.1 數組聲明 90
3.3.2 數組構造 91
3.3.3 數組連接 92
3.3.4 數組索引與切片 94
3.3.5 數組運算 95
3.4 模型行為描述 98
3.4.1 方程 98
3.4.2 算法 104
3.5 連接與連接器 106
3.5.1 組件與系統 106
3.5.2 連接器概念及機制 107
3.5.3 因果連接器 108
3.5.4 非因果連接器 111
3.5.5 可擴展連接器 113
3.5.6 隱式連接器 114
3.6 函數 116
3.6.1 函數概念 116
3.6.2 函數定義規範 116
3.6.3 函數調用方法 118
3.6.4 內置函數 120
3.6.5 記錄構造函數 121
3.6.6 函數求導註解聲明 122
3.6.7 外部函數調用 123
3.7 連續與離散建模 125
3.7.1 連續與離散 125
3.7.2 事件 126
3.8 模型重用 131
3.8.1 繼承重用 131
3.8.2 實例化重用 132
3.8.3 重聲明重用 135
3.9 模型註解 136
3.9.1 為什麽需要註解 136
3.9.2 參數面板優化 137
3.9.3 圖標繪制 139
3.9.4 二維動畫繪制 141
3.9.5 幫助文檔撰寫 143
3.9.6 其他註解 144
本章小結 145
習題3 146
第4章 系統建模模擬方法 147
4.1 系統建模模擬流程簡介 148
4.1.1 需求階段 149
4.1.2 建模階段 149
4.1.3 模擬階段 150
4.1.4 後處理階段 150
4.2 四旋翼無人機簡介 150
4.2.1 四旋翼無人機的飛行原理與建模依據 151
4.2.2 四旋翼無人機動力學模型的建立 154
4.3 系統建模與集成 157
4.3.1 四旋翼無人機模型簡介 158
4.3.2 模型設計與構建 159
4.3.3 機械多體部分 161
4.3.4 PID控制器建模 177
4.3.5 傳感模塊建模 183
4.3.6 軌跡規劃模塊建模 186
4.3.7 四旋翼無人機系統集成 188
4.4 系統調試 189
4.4.1 PID參數 189
4.4.2 接觸模型剛度系數 189
4.4.3 系統建模模擬註意事項 190
4.5 結果分析 191
4.5.1 模擬動畫 191
4.5.2 軌跡跟蹤效果 192
4.5.3 更多曲線結果 194
本章小結 197
習題4 197

第5章 組件模型開發方法 198
5.1 組件模型開發流程簡介 199
5.1.1 理論分析 199
5.1.2 原型開發 200
5.1.3 優化處理 205
5.1.4 模型測試 209
5.1.5 Modelica模型發布 210
5.2 永磁直流電機對象簡介 212
5.2.1 永磁直流電機的分類 212
5.2.2 永磁直流電機的結構 213
5.2.3 永磁直流電機的工作原理 213
5.2.4 永磁直流電機的特性方程 214
5.2.5 永磁直流電機主要參數與性能之間的關系 215
5.2.6 方程簡化 216
5.3 原型開發 217
5.3.1 定義接口 217
5.3.2 新建模型 218
5.3.3 參數和變量定義 218
5.3.4 編寫方程和算法 219
5.3.5 圖標設計 220
5.3.6 編寫說明信息 220
5.4 模型封裝 221
5.4.1 新建模型 222
5.4.2 參數和變量定義 222
5.4.3 組件拖放 222
5.4.4 參數傳遞 223
5.4.5 圖標設計 223
5.4.6 編寫說明信息 224
5.5 優化處理 225
5.5.1 提出優化問題 225
5.5.2 解決優化問題 225
5.6 模型測試 227
5.7 系統集成應用 228
本章小結 230
習題5 230
第6章 工程系統應用實踐 232
6.1 案例1：航天 233
6.1.1 案例背景 233
6.1.2 多學科集成模擬模型庫開發 234
6.1.3 數字空間站應用 237
6.2 案例2：航空 238
6.2.1 案例背景 238
6.2.2 模擬飛行庫開發 239
6.2.3 飛機級全數字模型應用 244
6.3 案例3：能源 245
6.3.1 案例背景 245
6.3.2 核電系統級模擬 246
6.3.3 核電系統級模型模擬意義 250
6.4 案例4：機器人 251
6.4.1 案例背景 251
6.4.2 六足機器人建模與模擬 251
6.4.3 六足機器人模型模擬意義 269
本章小結 270