诊断Modelica模型关键技术的研究

摘要

随着计算机技术的飞速发展和建模仿真在现代工业工程中的广泛应用,基于Modelica语言的多领域统一建模技术在工程建模仿真方面取得了快速的发展和长足的进步,这也大大推动了建模仿真技术在现代工程领域中的进步和创新。然而当航天、航空、机器人等高新技术产业飞速发展,科学探索逐渐深入的同时,迫使众多设备和装置规模日趋扩大,复杂性迅速增加,导致对系统进行建模的复杂度、难度也随之增加,故而建模和维护所需的人力、物力、财力的成本也随之增加。因此,对模型的可靠性、可维护性的需求越来越大。就此问题,本文基于多领域建模语言Modelica,以探索实现更加完善的模型诊断机制为目的,围绕Modelcia模型的可靠性约束,针对多领域模型编译过程中若干关键机制进行深入研究,本文所做的研究工作如下:
　　首先,详细分析了模型诊断的要素以及其基本流程。通过该基本流程以及Modelica语言规范对Modelica模型的若干约束和限制方法,归纳了基于Modelica的模型诊断流程。同时,阐述了与Modelica模型可靠性约束相关的两个关键机制——平衡模型机制和单位检查与推导机制,并将这些关键机制应用于模型诊断流程。
　　其次,围绕模型诊断技术平衡模型机制进行了深入研究。通过对Modelica规范的深入剖析,对规范中的约束和限制进行了分析,提出一套较为完善的平衡模型的约束条件和验证方法。并通过示例阐述了其平衡模型的验证方法。
　　再次,围绕模型诊断技术单位检查与推导机制进行了深入研究。从单位对于物理模型的意义出发,基于国际制单位中的单位运算规则,实现了对Modelica单位表达式的解析和运算。并设计实现了单位检查与推导在模型诊断流程中的逻辑验证算法。
　　最后,将平衡模型机制和单位检查与推导机制应用于多领域统一建模仿真平台MWorks上,通过模型诊断的方式,使MWorks在模型可靠性方面得以提升。

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1 绪 论

1.1课题来源

1.2研究目的和意义

1.3研究现状与背景

1.4研究内容及本文组织结构

2 Modelica与模型诊断技术

2.1概述

2.2基于Modelica的模型诊断技术研究

2.3关键诊断机制

2.4小结

3 模型诊断中的平衡模型检查

3.1概述

3.2局部模型方程变量计数

3.3平衡模型分析

3.4小结

4 单位检查与推导的研究与实现

4.1概述

4.2 Modelica中的物理量单位

4.3单位解析

4.4单位运算

4.5基于表达式树的单位检查与推导的实现

4.6小结

5 总结与展望

5.1总结

5.2展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表的论文