论文摘要
动态系统建模是目前过程系统工程中最重要的研究课题之一。相比于工业自动化水平较高的国家,国内还较少有企业或研究团体进行相关的研究,少有自主开发的建模平台。开发动态系统建模软件原型,为进一步研究动态系统建模的理论和算法奠定基础,目前有着重要和紧迫的意义。 通过对当前工业过程建模方法论的研究,利用现有的研究成果,开发出一套混杂系统建模仿真平台的原型。平台采用的模型表述语言为面向对象的建模语言Modelica,它具有语法自然、兼容现有的大部分建模方法论、与领域无关和能处理混杂系统等特点。利用辅助工具Antlr和NET环境下的反射功能,开发了Modelica语言的编译器,将模型信息翻译为微分代数方程组形式。从连续模型出发,采用边界跨越算法,开发出Modelica引擎处理混杂系统的一种简化形式——条件模型。引擎根据模型中的条件语句,将方程分为若干集合,依靠条件语句的真值来动态组合方程集合,描述不同情况下系统的状态。最后,开发了一个高效的面向对象的方程求解器MoSlv,数值求解系统中的微分代数方程、离散方程和条件方程。求解器具有统一的界面和统一的调用接口,用户使用相同的语法就可以使用不同的算法求解不同的问题。通过一个实例,从特定角度展现了软件的正确性和有效性,也分
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第一章 绪论1.1 混杂系统建模与仿真1.2 本论文的出发点1.3 论文研究内容1.4 论文组织结构第二章 混杂系统建模现状2.1 混杂系统特点2.2 混杂系统建模2.3 混杂系统仿真2.3.1 微分代数方程2.3.1.1 指数2.3.1.2 初始化2.3.2 不连续情况2.3.3 状态驱动事件2.3.4 切换多套方程2.4 混杂系统建模语言2.5 条件模型2.6 建模语言的选择第三章 面向对象建模语言Modelica3.1 何为Modelica3.1.1 Modelica开发背景3.1.2 Modelica发展历史3.1.3 Modelica的应用3.2 Modelica的优点3.2.1 类似于自然语言的语法3.2.2 模型与开发平台、实现手段无关3.2.3 使用面向对象建模思想3.2.4 能处理混杂系统3.2.5 支持多领域联合建模3.2.6 支持多范式建模2.3.7 模型维护与文档化第四章 动态系统建模仿真环境的系统设计4.1 系统设计4.2 建模环境4.3 仿真环境4.3.1 编译模块4.3.2 混杂系统引擎4.3.3 用户交互模块第五章 Modelica编译器的设计与开发5.1 编译过程和编译器组成5.2 编译程序生成器Antlr5.2.1 分析能力强5.2.2 语法简单5.2.3 生成代码可读5.2.4 错误处理力强5.2.5 支持多种面向对象语言5.3 词法分析5.3.1 Modelica词法5.3.1.1 行终结符5.3.1.2 空白符5.3.1.3 注释5.3.1.4 记号5.3.1.4.1 标示符5.3.1.4.2 关键字5.3.1.4.3 文字5.3.1.5 操作符5.3.2 Modelica词法分析的实现5.4 语法分析5.4.1 语法树的构建5.4.2 语义节点的确定5.5 核心数据结构5.5.1 主驱动程序5.5.2类型管理模块5.5.3 类型跟踪模块5.5.4 代码生成模块5.5.5 语句5.5.6 方程的管理第六章 混杂系统求解算法6.1 边界跨越算法6.1.1 算法原理6.1.2 边界跨越算法求解6.1.2.1 边界跨越6.1.2.2 关于连续性的假设6.2 边界跨越算法的实现第七章 微分代数方程求解器的开发7.1 DASSL7.1.1 步长和阶数的选择7.1.2 收敛性和精度7.2 IRK7.3 微分代数方程求解器MoSlv7.3.1 问题定义7.3.2 算法选择和格式设定7.3.3 应用实例第八章 实例验证8.1 撞球的条件模型8.2 撞球的离散模型8.3 带有状态检测的撞球模型第九章 结论与展望9.1 研究结论9.1.1 Modelica建模语言9.1.2 Modelica编译器9.1.3 条件模型管理9.1.4 方程求解系统9.2 未来的工作9.2.1 Modelica语义的进一步完善9.2.2 混杂系统算法的完善9.2.3 数值计算中的符号计算参考文献致谢攻读学位期间发表的学术论文
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