基于Modelica的物理系统建模方法/刘艳芳 黎文勇

前言

第1章连续物理系统的建模方法1

1.1连续物理系统的建模方式与模型要素1

1.1.1真实连续物理系统的*小元件分解法1

1.1.2连续物理系统模型的两种创建方式2

1.1.3连续物理系统Modelica模型的构成要素5

1.1.4物理域的“势”量和“流”量7

1.2简单物理对象的Modelica建模方法8

1.2.1模型的声明：以符合牛顿**定律的单质量物理系统为例8

1.2.2参变量属性的声明10

1.2.3派生类型及其参变量的声明11

1.2.4端口的声明13

1.2.5模型的拓展声明16

1.2.6条件方程的声明18

1.3复杂物理系统的Modelica建模方法21

1.3.1层级式建模方法的基本原理21

1.3.2可重用模型库的创建24

1.3.3层级式模型的文件存储26

1.3.4模型的搜索机制26

1.3.5模型的平衡检测27

第2章非连续变结构系统的建模方法31

2.1非连续性方程31

2.2关系式触发事件33

2.3离散方程和运算符pre（..）34

2.4瞬态方程37

2.4.1瞬态方程和when语句37

2.4.2采样数据系统及其初始化41

2.4.3事件的优先级44

2.4.4时间同步机制47

2.4.5多速率控制器48

2.4.6惯性延时48

2.4.7接通延时和断开延时50

2.4.8有限范围采样51

2.4.9函数调用51

2.4.10连续方程和瞬态方程之间的代数环52

第3章仿真计算方法56

3.1符号转换算法56

3.1.1状态空间形式的转换57

3.1.2排序63

3.1.3分裂法求解代数方程70

3.1.4奇异系统及其解决方法74

3.2混合微分代数方程组81

第4章基于TypeDesigner的物理系统建模方法85

4.1Modelica建模的主要优势85

4.2系统建模与仿真理念87

4.3TypeDesigner与高级建模方法88

4.3.1层级式模型与命名空间88

4.3.2创建新类型的高级建模方法89

4.3.3基于TypeDesigner的创建流程90

4.4建模实践1：机械系统中常用的弹簧阻尼特性96

4.4.1弹簧阻尼模型（SpringDamperA）96

4.4.2弹簧阻尼计算模块(SpringDamperBlock)98

4.4.3调用计算模块的弹簧阻尼模型(SpringDamperB)98

4.4.4带可选项的弹簧阻尼模型(SpringDamperC)99

4.4.5可曲线输入参数的弹簧阻尼模型（SpringDamperD）101

4.4.6考虑弹性变形的弹簧阻尼模型（SpringDamperE）101

4.5建模实践2：控制系统中常用的脉宽调制技术105

4.5.1结构形式1：if方程107

4.5.2结构形式2：if表达式108

4.5.3结构形式3：when方程108

4.5.4结构形式4：for方程110

4.5.5仿真报错及处理112

4.6建模实践3：迭代算法中常用的牛顿拉夫逊方法112

第5章机电液控一体化领域的建模应用115

5.1多学科系统动力学软件SimulationX115

5.2齿轮传动系统的建模115

5.2.1有限元法和集中参数法116

5.2.2定轴圆柱齿轮传动系统的建模119

5.2.3行星齿轮传动系统的建模122

5.2.4人字齿轮传动系统的建模127

5.3控制系统的开发与建模128

5.3.1控制理论的建模方法128

5.3.2连续时间域的控制系统133

5.3.3离散时间域的控制系统136

5.4液压系统的建模142

5.4.1建模基础和流体属性142

5.4.2液压连线中的计算146

5.4.3液压阻力的计算148

5.4.4机械液压执行机构149

5.4.5简单液压阀元器件的建模154

5.4.6先导比例控制阀的详细建模160

参考文献162