基于FMI的Simulink模型到Modelica模型的转换技术研究

摘要

数值求解与计算机科学的高速发展，使得计算机建模与仿真已成为现代产品设计过程中非常重要一个环节。作为过程式建模方法的代表，Simlink已广泛应用于控制系统建模，其过程式的模型表达方式适合于信息系统建模，并且伴随其工具箱的不断扩充开始逐渐向物理系统建模扩展，已经取得一定的应用。但鉴于其过程式的因果建模方式，在物理系统建模方面存在建模过程复杂繁琐、模型可重用性与可读性差等问题。作为陈述式建模方法的代表，Modelica语言采用基于方程的非因果建模方式，非常适合于工程物理系统建模，已成为工业产品功能样机建模的主流方法。
　　本文针对 Simlink模型与 Modelica模型因建模方式不同而导致的模型无法集成问题，研究 Simulink模型到 Modelica模型的转换技术，以实现 Simulink模型到Modelica模型的自动转换，达到支持模型重用的目的。论文主要研究工作包括：
　　分析了Simulink模型与Modelica模型的数学描述，基于两者在数学本质上的一致性，阐述了模型转换的数学原理。通过对模型计算方式的剖析，给出了模型自动转换的实现途径。先将 Simulink模型转换为 S-Function代码，再基于 FMI标准将 S-Function代码封装为FMU，然后利用Modelica函数机制，将FMU中的接口函数封装为Modelica函数，实现Simulink模型到Modelica模型的转换。针对提出的转换方案给出了详细的转换流程，从Simulink模型的FMU生成，FMU到Modelica模型的转换实现两个方面描述了具体的模型转换实现过程。通过实例模型转换与仿真计算，验证了本文转换方法的有效性。
　　本文研究并实现的Simlink模型到 Modelica模型转换方法，有效地解决了Simulink模型与Modelica模型无法集成重用的问题，对于工业企业现有的Simlink模型在多领域统一建模仿真环境下的重用具有重要意义。本文对 Simulink模型向标准化FMU的转换与封装，为解决Simlink模型与支持FMI标准的其他仿真环境的模型集成问题奠定了基础。

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英文摘要

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1.绪 论

1.1课题背景

1.2课题来源、目的及意义

1.3国内外研究现状

1.4论文的主要硏究内容

2.模型转换的实现原理

2.1引言

2.2模型转换数学原理

2.3模型转换的技术途径

2.4本章小结

3.模型转换的实现方法

3.1引言

3.2转换流程

3.3 Simlink模型的FMU生成

3.4 FMU到Modelica模型的转换

3.5本章小结

4.模型转换实例

4.1跳球模型

4.2摩擦离合器模型

4.3本章小结

5.总结与展望

5.1全文总结

5.2未来展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文