侯寒冰+席可+韓思凡

摘 要：在20世紀70年代到90年代，計算機技術在工程領域有了深入的應用，一批應用廣泛的單領域建模仿真工具由此誕生，如電氣領域的Saber、機械領域的ADAMS、控制領域的Simulink等。與此同時，物理建模語言開始出現(xiàn)。

關鍵詞：Modelica；建模

1 Modelica語言的發(fā)展

工程物理系統(tǒng)多領域的建模方式有三種，分別是基于接口聯(lián)合仿真的多領域建模、基于圖的多領域建模和基于物理語言的多領域建模。作為基于物理語言的多領域建模語言，Modelica支持面向對象、非因果建模陳述式、多領域統(tǒng)一及連續(xù)離散混合建模，并提供了兼容框圖、鍵合圖及線形圖的表示方式，Modelica 還提供了覆蓋電子、機械、電磁、流體、控制、熱等領域的強大的、開放的標準領域模型庫，目前為止，除標準庫以外已經(jīng)存在大量可用的免費庫與商業(yè)庫。但是Modelica不支持偏微分方程的求解。最近這些年，隨著對復雜工程系統(tǒng)的多領域統(tǒng)一建模仿真的需求愈加明顯，Modelica模型庫和Modelica語言規(guī)范都有了很大的發(fā)展，初步形成了以Modelica 為代表的多領域統(tǒng)一建模規(guī)范語言。

2 Modelica語言的介紹

多領域統(tǒng)一建模語言Modelica共有六個技術特點，分別是：基于方程；面向對象的物理建模；非因果關系建模；多領域統(tǒng)一建模；連續(xù)離散混合建模；提出并支持通用仿真接口FMI?；贛odelica語言的六個技術特點，可以總結出Modelica的一些技術優(yōu)勢。首先，在方程的建模方式、多領域物理建模方面，基于Modelica語言能夠更方便地建立模型；其次，Modelica模型具有良好的擴展性、重用性，實現(xiàn)知識積累，并可完全掌握模型的數(shù)學原理；而且Modelica模型代碼是完全開放的，模型具有良好的交互性；最后，Modelica模型支持FMI仿真接口，可以實現(xiàn)多領域異構模型的集成。

3 Modelica建模的基本步驟

使用Modelica語言進行多領域統(tǒng)一建模時要用到支持Modelica語言的仿真軟件平臺。雖然支持的軟件平臺各不相同，但它們在使用Modelica語言進行建模仿真時的基本步驟相同，即必須經(jīng)過編輯器、編譯器和后處理三個部分。Modelica語言的主要建模流程如圖1所示。

參考圖1，在運用Modelica語言進行建模仿真時，首先我們需要在編輯器中對模型文件進行編輯，可以通過編寫代碼的方式來進行純文本編輯，也可以通過鼠標從編輯器中拖拽模型圖標。在編輯器中，我們可以將外部數(shù)據(jù)，如Modelica庫、模型參數(shù)、自定義模型、經(jīng)驗數(shù)據(jù)、CAD數(shù)據(jù)和外部圖形等輸入到模型文件中來構建模型。編輯好模型文件后，接下來要將其交給編譯器進行編譯并求解。求解無誤后，再將模型文件的仿真數(shù)據(jù)進行后處理，即對數(shù)據(jù)進行可視化。

Modelica編譯仿真流程圖如圖2所示，首先將Modelica模型的源代碼在編譯器中編譯為平坦化方程系統(tǒng)；接著來將平坦化的方程系統(tǒng)用分析器轉化為有序方程序列；然后通過優(yōu)化器將有序方程序列優(yōu)化，由此得到優(yōu)化的有序方程序列；再由代碼生成器將優(yōu)化的有序方程序列轉化成C代碼；最后將C代碼用C語言編譯器編譯成可執(zhí)行代碼，完成仿真運算。

Modelica模型方程的求解可歸結為求解不同性質的耦合子集，該子集包括五種方程，分別是常微分方程、微分-代數(shù)方程、線性代數(shù)方程、非線性代數(shù)方程及賦值方程。其中前四種方程用經(jīng)典算法來求解，賦值方程直接計算求解，求解的具體過程不在本文的研究范圍內，不再贅述。

基于Modelica語言的多領域物理系統(tǒng)的建模仿真的實現(xiàn)，需要有相應的可提供建模、編譯求解和后處理等功能的平臺軟件。目前已有許多建模仿真平臺工具可以很好地支持基于Modelica語言的建模與仿真，比較經(jīng)典的有以下幾個：第一個支持Modelica語言的建模仿真軟件Dymola、華中科技大學CAD中心開發(fā)的Mworks、德國ITI公司開發(fā)的SimulationX、瑞典Link?Ping大學PELAB實驗室卡發(fā)的MathModelica和OpenModelica等。

4 展望

從我國建國至今，我國一直都在提倡改革，在環(huán)境保護方面，我國堅持科學發(fā)展觀和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，通過幾十年的改革開放，我國也取得了長足的發(fā)展?，F(xiàn)如今，我國的環(huán)境問題仍然是不樂觀的，為了解決這個全世界都面臨的難題，我國仍需堅持改革，堅持創(chuàng)新，發(fā)展新技術，電動客車作為一種新型的技術，在各個方面都有很多優(yōu)點，電動客車是有能力擔起未來公共交通中的重擔的，電動客車必將在將來的生活中扮演重要的角色。

參考文獻

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