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第一部分 Modelica语言3

第1章 简介3

1.1 什么是Modelica3

1.2 Modelica能干什么5

1.3 建模方式8

1.3.1 块图8

1.3.2 非因果建模9

1.3.3 对建模方式的进一步说明10

1.4 Modelica标准库10

1.5 基本术语10

1.6 小结11

第2章 微分方程12

2.1 引言12

2.2 微分方程12

2.2.1 单摆的运动方程12

2.2.2 单摆的Modelica模型13

2.3 物理量的类型15

2.3.1 RLC的本构方程15

2.3.2 RLC的Modelica模型16

2.4 模型注释17

2.4.1 液压系统的本构方程18

2.4.2 液压系统的Modelica模型19

2.5 Modelica语言基础20

2.5.1 模型20

2.5.2 变量、参数和常量21

2.5.3 表达式22

2.5.4 方程式23

2.5.5 运算符24

2.5.6 属性25

2.5.7 物理类型26

2.6 练习27

第3章 建立和连接组件28

3.1 概念28

3.2 连接器28

3.3 建立连接器及组件28

3.3.1 基于方程的方法28

3.3.2 基于组件的方法29

3.3.3 标准电气组件34

3.4 定义块35

3.4.1 基于方程的方法36

3.4.2 基于组件的方法36

3.4.3 标准块图组件39

3.5 MSL中的旋转组件42

3.5.1 连接器42

3.5.2 特殊模型42

3.5.3 连接针43

3.5.4 单一旋转系统44

3.5.5 创建更复杂的系统44

3.6 语言基础45

3.6.1 连接45

3.6.2 限定符46

3.6.3 更改默认参数值48

3.6.4 定义块48

3.6.5 发现和利用组件模型49

3.7 小结49

3.8 练习49

第4章 组件重用51

4.1 概念51

4.2 公共代码开发51

4.2.1 识别和定义公共代码52

4.2.2 使用公共代码定义模型52

4.3 构建可重用的块53

4.3.1 建立控制器模型53

4.3.2 传递信息54

4.3.3 小结55

4.4 允许替换的组件55

4.4.1 通用控制器接口56

4.4.2 特定控制器模型56

4.4.3 使用可替换组件57

4.4.4 小结58

4.5 其他可替换的实体59

4.6 对灵活性的限制61

4.7 其他注意事项63

4.7.1 参数63

4.7.2 通用性63

4.7.3 注释63

4.8 语言基础64

4.8.1 模型的扩展64

4.8.2 简短定义65

4.8.3 子类型65

4.8.4 partial定义66

4.8.5 创建可替换的模型元素66

4.8.6 final类型组件66

4.9 练习66

第5章 函数68

5.1 概念68

5.2 简介68

5.2.1 数组69

5.2.2 函数的鲁棒性69

5.2.3 函数主体部分69

5.2.4 函数的调用70

5.3 插值函数70

5.3.1 说明71

5.3.2 使用for循环71

5.3.3 具名自变量71

5.4 多重返回值72

5.5 自变量records73

5.5.1 创建record74

5.5.2 record中的变量74

5.6 使用外部子程序76

5.6.1 外部子程序76

5.6.2 相关说明76

5.6.3 调用外部子程序77

5.7 Modelica语言基础77

5.7.1 自变量77

5.7.2 局部变量77

5.7.3 运算法则78

5.7.4 分支语句78

5.7.5 循环语句78

5.7.6 调用函数79

5.7.7 内置函数80

5.7.8 外部子程序82

5.8 练习84

第6章 数组86

6.1 概念86

6.2 组件数组应用示例：行星运动86

6.2.1 连接器87

6.2.2 三维空间中的物体定义87

6.2.3 万有引力88

6.2.4 多体仿真90

6.3 一个简单的一维热传递示例：变量数组的使用91

6.3.1 控制方程91

6.3.2 基于方程的方法93

6.3.3 基于组件的方法94

6.3.4 标准传热组件101

6.3.5 小结101

6.4 在化学系统模型中使用数组102

6.4.1 背景介绍102

6.4.2 化学反应102

6.4.3 基于数学方程102

6.4.4 基于基本化学模型的方法103

6.4.5 Oregonator模型109

6.5 语言基础111

6.5.1 信息隐藏111

6.5.2 数组111

6.5.3 循环和方程式114

6.5.4 高级的数组处理特征115

6.5.5 针对数组的内置函数119

6.6 练习120

第7章 混合建模121

7.1 概念121

7.2 数字电路建模121

7.2.1 连接器121

7.2.2 组件122

7.2.3 简单的逻辑电路123

7.2.4 混合离散及其行为模拟125

7.3 弹球127

7.4 传感器模型131

7.4.1 简介131

7.4.2 理想情况131

7.4.3 采样与保持传感器133

7.4.4 量化135

7.4.5 周期测量传感器136

7.4.6 计数传感器139

7.4.7 对传感器模型的总结141

7.5 语言基础141

7.5.1 模型中的运算规则141

7.5.2 离散变量141

7.5.3 条件更改的反应142

7.5.4 混合系统中的内置函数和内置运算143

7.5.5 提出的问题147

7.6 练习147

第8章 探索非线性行为149

8.1 概念149

8.2 理想二极管149

8.2.1 数学背景149

8.2.2 模型描述150

8.2.3 采样电路151

8.3 齿间隙152

8.3.1 非线性弹性方法152

8.3.2 补偿系数方法153

8.3.3 比对154

8.3.4 小结及展望156

8.4 热特性156

8.4.1 背景156

8.4.2 创建一个热性能模型157

8.4.3 非线性热电容建模158

8.4.4 凝固过程仿真159

8.5 神经元模型160

8.5.1 背景161

8.5.2 电路模型161

8.6 语言基础163

8.6.1 参数化公式163

8.6.2 行为更改163

8.6.3 不连续性164

8.6.4 隐式方程165

8.6.5 理想化165

8.7 练习165

第9章 其他内容167

9.1 搜索规则167

9.1.1 静态范围168

9.1.2 动态作用域174

9.2 注释177

9.2.1 图形注释177

9.2.2 文档178

第二部分 有效的Modelica183

第10章 多领域建模183

10.1 概念183

10.2 传送系统183

10.2.1 机械负载183

10.2.2 电动机184

10.2.3 控制系统184

10.2.4 完整的系统185

10.3 住宅供暖系统186

10.3.1 概述186

10.3.2 室内温度187

10.3.3 热炉188

10.3.4 温度控制器189

10.3.5 完整的系统191

10.4 车辆库192

10.4.1 简单轿车包192

10.4.2 发动机包193

10.4.3 变速箱包195

10.4.4 底盘包196

10.4.5 车辆包197

10.4.6 应用197

10.4.7 结束语198

10.5 小结199

第11章 块图与非因果建模的比较200

11.1 面向对象200

11.2 块图201

11.2.1 问题陈述201

11.2.2 问题公式201

11.2.3 块图202

11.2.4 初始条件202

11.2.5 重用204

11.2.6 结论204

11.3 非因果方法204

11.4 小结205

11.5 练习206

第12章 构建库207

12.1 目标207

12.2 分类207

12.3 组织结构207

12.3.1 类型208

12.3.2 接口208

12.3.3 数209

12.3.4 传感器209

12.3.5 例子210

12.3.6 测试210

12.3.7 包的特定结构210

12.3.8 包的经典格式211

12.4 说明文档212

12.5 最大化重用212

12.5.1 包括局部定义212

12.5.2 使模型可替代214

12.5.3 包的粒度214

12.6 最大的鲁棒性215

12.6.1 使用声明及限制215

12.6.2 确定选择215

12.6.3 减少潜在的建模错误216

12.7 Modelica源代码的存储216

12.8 小结218

第13章 初始条件219

13.1 目标219

13.2 数学规则219

13.3 使用属性221

13.4 开始仿真222

13.5 基于分析类型的初始化223

13.6 小结224

第14章 效能225

14.1 目标225

14.2 使用方程225

14.3 阻止不必要的事件225

14.4 时间尺度226

14.5 为函数提供雅可比函数227

14.6 选择合适的积分程序229

14.7 容差229

14.8 变量消除230

14.9 小结231

附录A Modelica进化史232

A.1 Modeliica语言编著者235

A.2 Modeliaca标准库创建者236

附录B Modelica语法237

附录C Modelica标准库：连接器243

C.1 电气243

C.2 块图244

C.3 直线运动245

C.4 旋转运动246

附录D Modelica标准库：通用单位248

D.1 时间和空间248

D.2 周期现象248

D.3 机械系统249

D.4 热力学250

D.5 电流250

D.6 物理化学251

附录E Modelica标准库：常量253

附录F Modelica标准库：数学函数254

F.1 几何函数254

F.2 反函数254

F.3 双曲函数254

F.4 指数函数254

词汇表255

参考文献260