Modelica建模，Modelica语言的学习，技术调研工作

Modelica建模，Modelica语言的学习，技术调研工作

参考资料：

苏州同元软控信息技术有限公司 - 同元

Modelica

再探冷却

modelica学习-CSDN博客

1、 Modelica简介

Modelica是由Modelica协会维护、免费开放的物理系统面向对象的统一建模语言规范，为机、电、液、控等多领域复杂工程系统提供了统一的物理建模语言规范。

Modelica作为多学科统一建模仿真的国际标准，被仿真界广泛采用,系统多领域统一建模仿真，已成为世界公认的MBSE和CPS的核心关键支持技术。

 Modelica 语法、函数、包、连接器、组件、子系统

https://modelica.org/libraries.html 第三方的库

MSL

1.1、 Modelica 下载安装：

支持Modelica语言的开源软件有

1） OpenModelica,

2） JModelica（新版本不再开源，但是最后的开源版本仍可下载）

3） Scilab项目中的SCICOS 。

可以使用 openmodelica 软件来进行modelica建模，测试 ，openmodelica 的下载安装   Download Windows。  下载对应的版本 :Index of /omc/builds/windows/releases/1.21/0/64bit

典型商业软件主要有 [2]  ：

1)  苏州同元的MWorks(中国),

2) 伊萨的SimulationX,

3) 达索的Dymola,

4) 西门子的AMESim（支持Modelica）,

5) MapleSoft（Maple厂家）的MapleSim,

6) Wolfram （Mathemetica厂家）的MathModelica。

1.2、 Modelica 基础语法： 

1） 模型定义

model SomeModelName "An optional description"

  // By convention, variables are listed at the start

equation

  /* And equations are listed at the end */

end SomeModelName;

  

2） 继承

model SpecializedModelName "An optional description"   extends Model1; // No modifications 

extends Model2(n=5); // Including modification   // By convention, variables are listed at the start

equation   /* And equations are listed at the end */

   ... ... 

end SpecializedModelName;

 3） 变量

Real x;

Real x, y;

Real alpha “angular acceleration”;

· 内建类型：

4大类型： Real ， Integer， Boolean， String  （4大内置参数类型）

· 参数： parameter 修饰

能够在变量声明前加入parameter（参数）限定词，以表明该变量是先验已知的。我们可以认为这个参数作为模型的“输入数据”，是不随时间变化的常数。

· 常数： constant 修饰

与parameter（参数）限定符关系密切的是constant（常数）限定词。

· 离散变量： discrete

· 派生类型：

type NewTypeName = BaseTypeName(/* attributes to be modified */);

type Temperature = Real(unit="K"); // Could be a temperature difference

type AbsoluteTemperature = Temperature(min=0); // Must be positive 

model BaseTypeName 

type BaseTypeName1 = Real(unit="m2"); 

type NewTypeName = BaseTypeName1;// /* attributes to be modified */; 

type Temperature = Real(unit="K"); // Could be a temperature difference  type AbsoluteTemperature = Temperature(min=0); // Must be positiveequation 

end BaseTypeName; 

· 枚举类型：

type AssertionLevel = enumeration(warning, error); 

type StateSelect = enumeration(never, avoid, default, prefer, always);

修改语句：

Real x(start=10);

 parameter Real x0=10 "Start value of prey population";

Real x(start=x0) "Prey population"; 

extends QuiescentModelWithInheritance(gamma=0.3, delta=0.01);

 extends QuiescentModelWithInheritance(x(start=5));  

Record类型定义

record类型可以有自己的变量，但是不允许包含方程

record Vector

"A vector in 3D space"  Real x;  Real y;  Real z;

end Vector; 

record Complex "Representation of a complex number" 

Real re "Real component"; 

Real im "Imaginary component";

end Complex;

parameter Vector v(x=1.0, y=2.0, z=0.0);

parameter Vector v = Vector(x=1.0, y=2.0, z=0.0);

Demo展示：

demo1:   模拟一个乒乓球从1米的高度，掉落到地上，并来回弹起来的效果：

1) 对弹跳球的建模¶

 model BouncingBall "The 'classic' bouncing ball model"
    type Height = Real(unit = "m");
    type Velocity = Real(unit = "m/s");
    parameter Real e = 0.8 "Coefficient of restitution";
    parameter Height h0 = 1.0 "Initial height";
    Height h;
    Velocity v;
initial equation
    h = h0;
equation
    v = der(h);
    der(v) = -9.81;
    when h <= 0 then
      reinit(v, -e*pre(v));
    end when;
end BouncingBall;

modelica模拟的效果图：、

从上面的模拟图中能发现，当最后球静止的时候，球落在地面以下的位置了。这显然不符合现实世界。我们可以对其改进一番看看。

2) 改进版本：

model StableBouncingBall
  "The 'classic' bouncing ball model with numerical tolerances"
  type Height=Real(unit="m");
  type Velocity=Real(unit="m/s");
  parameter Real e=0.8 "Coefficient of restitution";
  parameter Height h0=1.0 "Initial height";
  constant Height eps=1e-3 "Small height";
  Boolean done;
  Height h;
  Velocity v;
initial equation
  h = h0;
  done = false;
equation
  v = der(h);
  der(v) = if done then 0 else -9.81;
  when {h<0,h<-eps} then
    done = h<-eps;
    reinit(v, -e*(if h<-eps then 0 else pre(v)));
  end when;
end StableBouncingBall;

modelica模拟的效果图：

demo2: 带滞回的温度控制

model HysteresisControl "A control strategy that doesn't chatter"

  type HeatCapacitance=Real(unit="J/K");

  type Temperature=Real(unit="K");

  type Heat=Real(unit="W");

  type Mass=Real(unit="kg");

  type HeatTransferCoefficient=Real(unit="W/K");

  Boolean heat(start=false) "Indicates whether heater is on";

  parameter HeatCapacitance C=1.0;

  parameter HeatTransferCoefficient h=2.0;

  parameter Heat Qcapacity=25.0;

  parameter Temperature Tamb=285;

  parameter Temperature Tbar=295;

  Temperature T;

  Heat Q;

initial equation

  T = Tbar+5;

  heat = false;

equation

  Q = if heat then Qcapacity else 0;

  C*der(T) = Q-h*(T-Tamb);

  when {T>Tbar+1,T<Tbar-1} then

    heat = T<Tbar;

  end when;

end HysteresisControl;

modelica模拟的效果图：

demo3: 带抖动的温度控制

model ChatteringControl "A control strategy that will 'chatter'"

  type HeatCapacitance=Real(unit="J/K");

  type Temperature=Real(unit="K");

  type Heat=Real(unit="W");

  type Mass=Real(unit="kg");

  type HeatTransferCoefficient=Real(unit="W/K");

  Boolean heat "Indicates whether heater is on";

  parameter HeatCapacitance C=1.0;

  parameter HeatTransferCoefficient h=2.0;

  parameter Heat Qcapacity=25.0;

  parameter Temperature Tamb=285;

  parameter Temperature Tbar=295;

  Temperature T;

  Heat Q;

initial equation

  T = Tbar+5;

equation

  heat = T<Tbar;

  Q = if heat then Qcapacity else 0;

  C*der(T) = Q-h*(T-Tamb);

end ChatteringControl;

modelica模拟的效果图：

电子电气相关的模型仿真

仿真效果：