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內(nèi)容簡介

　　本書以知識自動化為宗旨，以機(jī)電液控一體化裝備系統(tǒng)為對象，從工程物理系統(tǒng)原理入手，全面介紹基于工業(yè)知識的表達(dá)規(guī)范Modelica的知識自動化體系及實(shí)現(xiàn)方法；通過在航天、航空、汽車等領(lǐng)域的工程實(shí)踐，介紹Modelica知識自動化技術(shù)體系在物理系統(tǒng)仿真分析、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與優(yōu)化、半實(shí)物仿真等方面應(yīng)用實(shí)現(xiàn)。為了便于，本書將配備相關(guān)軟件系統(tǒng)-Modelica開發(fā)環(huán)境MWorks，便于讀者全面掌握、體驗(yàn)知識自動化方法。

作者簡介

　　陳立平博士，教授，于1998年開始對基于多領(lǐng)域統(tǒng)一建模的研究，作為負(fù)責(zé)人及主要研究者先后承擔(dān)了多項(xiàng)國家重大科技項(xiàng)目，如國家973項(xiàng)目、自然基金項(xiàng)目、863重大目標(biāo)產(chǎn)品攻關(guān)以及科技轉(zhuǎn)化等項(xiàng)目，在理論創(chuàng)新、技術(shù)實(shí)現(xiàn)、科技轉(zhuǎn)化方面均取得成績，于2009年受到了國家863重點(diǎn)項(xiàng)目“機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)CAE平臺”支持，歷經(jīng)12年的潛心研發(fā)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)圍繞機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)CAE平臺的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)及工程示范應(yīng)用，研究、掌握、推廣Modelica建模技術(shù)，建立了基于Modelica的機(jī)電液控耦合系統(tǒng)模型、機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化模型的統(tǒng)一表達(dá)規(guī)范，成功攻克了模型表達(dá)、模型編譯、分析求解等平臺關(guān)鍵技術(shù)難題，于2012年率先在國內(nèi)乃至亞太地區(qū)推出了新一代產(chǎn)品數(shù)字化研發(fā)平臺MWorks。重點(diǎn)針對工程機(jī)械行業(yè)和民用航空行業(yè)形成了示范應(yīng)用，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行行業(yè)推廣，并實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品化與產(chǎn)業(yè)化，被評為十一五期間亮點(diǎn)項(xiàng)目。陳立平博士及其團(tuán)隊(duì)的主要創(chuàng)新成果產(chǎn)品綜合設(shè)計(jì)與仿真驗(yàn)證平臺軟件MWorks是國內(nèi)乃至亞洲唯一的多領(lǐng)域統(tǒng)一建模軟件，該軟件成果填補(bǔ)了我國工業(yè)制造領(lǐng)域產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真工業(yè)支撐軟件的技術(shù)和產(chǎn)品空白。目前MWorks商用版本已經(jīng)推

圖書目錄

第1章緒論00
1.1數(shù)字化設(shè)計(jì)概述00
1.2計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對設(shè)計(jì)技術(shù)的影響00
1.3人工智能與數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)創(chuàng)新00
1.4功能建模技術(shù)綜述00
1.5工程物理系統(tǒng)數(shù)字化設(shè)計(jì)的創(chuàng)新發(fā)展00
1.5.1工程物理系統(tǒng)多領(lǐng)域統(tǒng)一建模方法00
1.5.2Modelica語言的發(fā)展、工程應(yīng)用與相關(guān)工具0
1.5.3多領(lǐng)域統(tǒng)一模型的編譯映射技術(shù)0
1.5.4多領(lǐng)域物理系統(tǒng)仿真求解技術(shù)0
1.6研究意義0
第2章工程物理系統(tǒng)多領(lǐng)域統(tǒng)一建模與Modelica0
2.1概述0
2.2工程系統(tǒng)物理建模0
2.2.1物理組件的行為與結(jié)構(gòu)0
2.2.2面向?qū)ο蠼?
2.2.3多領(lǐng)域統(tǒng)一建模0
2.2.4陳述式非因果建模0
2.2.5連續(xù)離散混合建模0
2.3物理系統(tǒng)多領(lǐng)域統(tǒng)一建模原理0
2.3.1鍵合圖與線性圖0
2.3.2多領(lǐng)域統(tǒng)一建模原理0
2.3.3多領(lǐng)域建模語言與工具0
2.4面向?qū)ο蟮慕y(tǒng)一物理建模語言Modelica0
2.4.1面向?qū)ο蠼ＶС?
2.4.2多領(lǐng)域統(tǒng)一建模支持0
2.4.3陳述式非因果建模支持0
2.4.4連續(xù)離散混合建模支持0
2.5Modelica模型的編譯與求解0
2.6小結(jié)0

第3章陳述式仿真模型的相容性分析0
3.1引言0
3.2方程系統(tǒng)表示圖及相關(guān)概念0
3.2.1圖論基本概念0
3.2.2結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)矩陣0
3.2.3結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)矩陣的二部圖表示0
3.3仿真模型的相容性判定0
3.4奇異組件的識別0
3.5過約束問題分析策略0
3.5.1過約束度為1的過約束問題0
3.5.2過約束度大于1的過約束問題0
3.6欠約束問題分析策略0
3.6.1剔除變量0
3.6.2補(bǔ)充方程0
3.7復(fù)合組件引起的奇異問題0
3.8小結(jié)0
第4章陳述式仿真模型的約簡策略研究0
4.1引言0
4.2方程表達(dá)式的規(guī)范轉(zhuǎn)換0
4.2.1轉(zhuǎn)換規(guī)則0
4.2.2方程的二叉樹表示0
4.2.3規(guī)范轉(zhuǎn)換過程0
4.3方程系統(tǒng)的規(guī)模分解0
4.3.1剝離策略0
4.3.2凝聚策略0
4.3.3歸并策略0
4.3.4拓?fù)渑判?
4.4強(qiáng)耦合方程子集約簡策略0
4.4.1剝離代數(shù)變量0
4.4.2撕裂代數(shù)環(huán)0
4.5內(nèi)嵌積分0
4.5.1內(nèi)嵌積分的基本思想0
4.5.2DAE系統(tǒng)的離散化策略0
4.5.3DAE系統(tǒng)的內(nèi)嵌積分0
4.6小結(jié)0
第5章DAE模型的指標(biāo)分析與相容初始化0
5.1引言0
5.2高指標(biāo)問題及相關(guān)概念0
5.2.1高指標(biāo)問題0
5.2.2結(jié)構(gòu)奇異方程子集0
5.2.3指標(biāo)約簡0
5.3現(xiàn)有指標(biāo)約簡方法0
5.3.1Gear方法0
5.3.2Pantelides方法0
5.3.3啞導(dǎo)方法0
5.3.4現(xiàn)有方法的不足0
5.4基于加權(quán)二部圖的指標(biāo)約簡0
5.4.1廣義ODE系統(tǒng)0
5.4.2加權(quán)二部圖及其特性0
5.4.3基于加權(quán)二部圖的指標(biāo)約簡0
5.4.4指標(biāo)約簡實(shí)例
5.4.5基于二叉樹的符號微分
5.4.6啞導(dǎo)的選取
5.4.7與現(xiàn)有指標(biāo)約簡方法的比較
5.5復(fù)雜DAE系統(tǒng)的指標(biāo)分析
5.6Modelica模型的相容初始化
5.7小結(jié)
第6章基于Modelica的多體系統(tǒng)建模方法
6.1概述
6.2基于廣義基爾霍夫定律的多體動力學(xué)
6.2.1多體動力學(xué)基本概念
6.2.2位置、姿態(tài)與坐標(biāo)變換
6.2.3空間自由剛體牛頓歐拉運(yùn)動方程
6.2.4基于廣義基爾霍夫定律的多體動力學(xué)
6.3Modelica標(biāo)準(zhǔn)多體庫
6.3.1標(biāo)準(zhǔn)多體庫概述
6.3.2端口標(biāo)架與姿態(tài)表示
6.3.3多體庫結(jié)構(gòu)與主要元素
6.4相容性冗余約束與超定連接機(jī)制
6.4.1多體系統(tǒng)冗余約束
6.4.2虛擬連接圖
6.4.3基于虛擬連接圖的冗余約束分析
6.5多體系統(tǒng)運(yùn)動的閉環(huán)結(jié)構(gòu)
6.5.1閉環(huán)結(jié)構(gòu)中自由度重復(fù)限制冗余約束
6.5.2閉環(huán)結(jié)構(gòu)中非線性代數(shù)方程的處理
6.6Modelica多體系統(tǒng)模型編譯與求解
6.6.1基于標(biāo)準(zhǔn)庫的多體建模
6.6.2多體系統(tǒng)模型語義分析與編譯
6.6.3多體系統(tǒng)模型求解
6.7小結(jié)
第7章信息物理系統(tǒng)統(tǒng)一建模與仿真
7.1概述
7.2研究對象分析
7.2.1CPS系統(tǒng)建模與仿真分析需求
7.2.2基于Modelica的CPS系統(tǒng)建模仿真可行性分析
7.2.3同步語言的啟發(fā)
7.3CPS系統(tǒng)統(tǒng)一建模
7.3.1Modelica核心成分
7.3.2時鐘與時鐘變量
7.3.3時鐘推演
7.3.4時鐘傳播與時鐘檢查
7.3.5時鐘與時間系統(tǒng)的語義融合
7.3.6統(tǒng)一建模示例
7.4面向CPS的系統(tǒng)仿真規(guī)劃擴(kuò)展的數(shù)據(jù)流同步原則
7.4.1擴(kuò)展的數(shù)據(jù)流同步原則
7.4.2CPS方程系統(tǒng)規(guī)劃分解
7.4.3CPS方程系統(tǒng)二次規(guī)劃分解
7.5面向CPS的系統(tǒng)統(tǒng)一仿真求解
7.5.1事件與狀態(tài)方程
7.5.2CPS模型的數(shù)學(xué)本質(zhì)
7.5.3面向CPS的統(tǒng)一求解策略
7.6小結(jié)
附錄AModelica系統(tǒng)仿真平臺
MWORKS.Sysplorer
A.1MWORKS.Sysplorer簡介
A.2MWORKS.Sysplorer基礎(chǔ)功能
A.2.1建模操作
A.2.2翻譯仿真
A.2.3結(jié)果查看
A.3MWORKS.Sysplorer工具箱
A.3.1頻率估算工具箱
A.3.2模型試驗(yàn)工具箱
A.3.3模型標(biāo)定
A.3.4模型參數(shù)優(yōu)化
附錄BModelica語法概述
B.1類與內(nèi)置類型
B.1.1類的基本類型
B.1.2基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類型及其屬性
B.1.3數(shù)據(jù)的前綴用法
B.2數(shù)組
B.2.1數(shù)組聲明
B.2.2數(shù)組構(gòu)造
B.2.3數(shù)組連接
B.2.4數(shù)組索引與切片
B.2.5數(shù)組運(yùn)算
B.3模型行為描述
B.3.1方程
B.3.2算法
B.4連接與連接器
B.4.1因果連接器
B.4.2非因果連接器
B.4.3可擴(kuò)展連接器
B.4.4隱式連接器
B.5函數(shù)
B.5.1函數(shù)聲明
B.5.2函數(shù)調(diào)用
B.5.3內(nèi)置函數(shù)
B.5.4記錄構(gòu)造函數(shù)
B.5.5函數(shù)微分注解聲明
B.5.6外部函數(shù)調(diào)用
B.6注解
B.6.1參數(shù)框設(shè)計(jì)
B.6.2圖標(biāo)設(shè)計(jì)
B.6.3幫助文檔設(shè)計(jì)
B.6.4動態(tài)顯示設(shè)計(jì)
B.6.5文本其他注解
B.7事件
B.7.1事件概念
B.7.2事件觸發(fā)語句及函數(shù)
B.7.3事件相關(guān)函數(shù)
B.7.4事件處理函數(shù)
B.8模型重用
B.8.1繼承重用
B.8.2實(shí)例化重用
B.8.3重聲明重用
附錄CModelica工程應(yīng)用
C.1機(jī)械系統(tǒng)建模仿真應(yīng)用
C.2熱力系統(tǒng)建模仿真應(yīng)用
C.3通信系統(tǒng)建模仿真應(yīng)用
C.4控制系統(tǒng)建模仿真應(yīng)用
C.5電氣系統(tǒng)建模仿真應(yīng)用
C.6流體系統(tǒng)建模仿真應(yīng)用
C.7車輛系統(tǒng)仿真應(yīng)用
C.7.1車輛電池模型庫
C.7.2車輛發(fā)動機(jī)模型庫
C.7.3車輛電子模型庫
C.7.4車輛熱管理系統(tǒng)模型庫
C.7.5車輛動力性經(jīng)濟(jì)性模型庫
C.7.6車輛動力學(xué)模型庫
C.8半物理仿真應(yīng)用
參考文獻(xiàn)