多领域建模仿真平台中语义分析关键机制研究与实现

摘要

复杂物理系统，通常是机、电、液、控等多领域子系统的耦合体，需要在统一环境下进行建模与仿真才能方便获得系统完整的性能分析结果。Modelica作为新一代多领域物理系统仿真统一建模语言，继承和发展了多种建模语言的优点，具有支持面向对象的层次化建模、多领域集成建模、陈述式物理建模和连续离散混合建模等特性，适合描述多领域复杂系统，代表着系统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开发，研究了多领域统一建模语言Modelica的语法特性，介绍了Mworks编译器的设计流程，分析了编译器模块的框架结构，并对其中语义分析部分的元素查找和组件变型两大机制做了深入研究。 元素查找是Mworks平台语义分析部分的核心内容之一。在研究元素查找机制作用域、路径、作用规则等内容的基础上，提出了以标准查找、自顶向下查找为主，嵌套查找、同层查找等为辅的一整套匹配的元素查找机制。针对其实现中的循环继承、重名判断等关键问题，研究确立了相应的解决方案。 组件变型是Mworks平台语义分析部分的另一个核心内容。通过与面向对象语言继承机制的比较，分析了Modelica语言的组件变型机制的特点，分析了组件变型机制的形式与规范。提出基于变量表与变型表两种组件变型机制的实现方案，通过比较，最终确立了基于变型表的组件变型方案，并设计了相应的数据结构与实现流程。 基于上述研究，在Mworks/Compiler模块中实现了基于Modelica语言的元素查找和组件变型机制。论文的最后介绍了Mworks系统的组成与结构特点，并给出了有关元素查找和组件变型的模型运行实例。