工程物理系統建模理論與方法

《工程物理系統建模理論與方法》是清華大學出版社於2022年出版的書籍，作者是陳立平、周凡利、丁建完。

基本介紹

• 中文名：工程物理系統建模理論與方法
• 作者：陳立平、周凡利、丁建完
• 出版時間：2022年7月1日
• 出版社：清華大學出版社
• ISBN：9787302605669
• 定價：65 元

內容簡介

本書以知識自動化為宗旨，以機電液控一體化裝備系統為對象，從工程物理系統原理入手，全面介紹基於工業知識的表達規範Modelica的知識自動化體系及實現方法；通過在航天、航空、汽車等領域的工程實踐，介紹Modelica知識自動化技術體系在物理系統仿真分析、系統方案設計與最佳化、半實物仿真等方面套用實現。為了便於，本書將配備相關軟體系統-Modelica開發環境MWorks，便於讀者全面掌握、體驗知識自動化方法。

作者簡介

陳立平博士，教授，於1998年開始對基於多領域統一建模的研究，作為負責人及主要研究者先後承擔了多項國家重大科技項目，如國家973項目、自然基金項目、863重大目標產品攻關以及科技轉化等項目。

圖書目錄

Contents目錄

第1章緒論00

1.1數位化設計概述00

1.2計算機科學技術的發展對設計技術的影響00

1.3人工智慧與數位化設計技術創新00

1.4功能建模技術綜述00

1.5工程物理系統數位化設計的創新發展00

1.5.1工程物理系統多領域統一建模方法00

1.5.2Modelica語言的發展、工程套用與相關工具0

1.5.3多領域統一模型的編譯映射技術0

1.5.4多領域物理系統仿真求解技術0

1.6研究意義0

第2章工程物理系統多領域統一建模與Modelica0

2.1概述0

2.2工程系統物理建模0

2.2.1物理組件的行為與結構0

2.2.2面向對象建模0

2.2.3多領域統一建模0

2.2.4陳述式非因果建模0

2.2.5連續離散混合建模0

2.3物理系統多領域統一建模原理0

2.3.1鍵合圖與線性圖0

2.3.2多領域統一建模原理0

2.3.3多領域建模語言與工具0

2.4面向對象的統一物理建模語言Modelica0

2.4.1面向對象建模支持0

2.4.2多領域統一建模支持0

2.4.3陳述式非因果建模支持0

2.4.4連續離散混合建模支持0

2.5Modelica模型的編譯與求解0

2.6小結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方程系統表示圖及相關概念0

3.2.1圖論基本概念0

3.2.2結構關聯矩陣0

3.2.3結構關聯矩陣的二部圖表示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過約束度大於1的過約束問題0

3.6欠約束問題分析策略0

3.6.1剔除變數0

3.6.2補充方程0

3.7複合組件引起的奇異問題0

3.8小結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方程表達式的規範轉換0

4.2.1轉換規則0

4.2.2方程的二叉樹表示0

4.2.3規範轉換過程0

4.3方程系統的規模分解0

4.3.1剝離策略0

4.3.2凝聚策略0

4.3.3歸併策略0

4.3.4拓撲排序0

4.4強耦合方程子集約簡策略0

4.4.1剝離代數變數0

4.4.2撕裂代數環0

4.5內嵌積分0

4.5.1內嵌積分的基本思想0

4.5.2DAE系統的離散化策略0

4.5.3DAE系統的內嵌積分0

4.6小結0

第5章DAE模型的指標分析與相容初始化0

5.1引言0

5.2高指標問題及相關概念0

5.2.1高指標問題0

5.2.2結構奇異方程子集0

5.2.3指標約簡0

5.3現有指標約簡方法0

5.3.1Gear方法0

5.3.2Pantelides方法0

5.3.3啞導方法0

5.3.4現有方法的不足0

5.4基於加權二部圖的指標約簡0

5.4.1廣義ODE系統0

5.4.2加權二部圖及其特性0

5.4.3基於加權二部圖的指標約簡0

5.4.4指標約簡實例

5.4.5基於二叉樹的符號微分

5.4.6啞導的選取

5.4.7與現有指標約簡方法的比較

5.5複雜DAE系統的指標分析

5.6Modelica模型的相容初始化

5.7小結

第6章基於Modelica的多體系統建模方法

6.1概述

6.2基於廣義基爾霍夫定律的多體動力學

6.2.1多體動力學基本概念

6.2.2位置、姿態與坐標變換

6.2.3空間自由剛體牛頓歐拉運動方程

6.2.4基於廣義基爾霍夫定律的多體動力學

6.3Modelica標準多體庫

6.3.1標準多體庫概述

6.3.2連線埠標架與姿態表示

6.3.3多體庫結構與主要元素

6.4相容性冗餘約束與超定連線機制

6.4.1多體系統冗餘約束

6.4.2虛擬連線圖

6.4.3基於虛擬連線圖的冗餘約束分析

6.5多體系統運動的閉環結構

6.5.1閉環結構中自由度重複限制冗餘約束

6.5.2閉環結構中非線性代數方程的處理

6.6Modelica多體系統模型編譯與求解

6.6.1基於標準庫的多體建模

6.6.2多體系統模型語義分析與編譯

6.6.3多體系統模型求解

6.7小結

第7章信息物理系統統一建模與仿真

7.1概述

7.2研究對象分析

7.2.1CPS系統建模與仿真分析需求

7.2.2基於Modelica的CPS系統建模仿真可行性分析

7.2.3同步語言的啟發

7.3CPS系統統一建模

7.3.1Modelica核心成分

7.3.2時鐘與時鐘變數

7.3.3時鐘推演

7.3.4時鐘傳播與時鐘檢查

7.3.5時鐘與時間系統的語義融合

7.3.6統一建模示例

7.4面向CPS的系統仿真規劃擴展的數據流同步原則

7.4.1擴展的數據流同步原則

7.4.2CPS方程系統規劃分解

7.4.3CPS方程系統二次規劃分解

7.5面向CPS的系統統一仿真求解

7.5.1事件與狀態方程

7.5.2CPS模型的數學本質

7.5.3面向CPS的統一求解策略

7.6小結

附錄AModelica系統仿真平台

MWORKS.Sysplorer

A.1MWORKS.Sysplorer簡介

A.2MWORKS.Sysplorer基礎功能

A.2.1建模操作

A.2.2翻譯仿真

A.2.3結果查看

A.3MWORKS.Sysplorer工具箱

A.3.1頻率估算工具箱

A.3.2模型試驗工具箱

A.3.3模型標定

A.3.4模型參數最佳化

附錄BModelica語法概述

B.1類與內置類型

B.1.1類的基本類型

B.1.2基礎數據類型及其屬性

B.1.3數據的前綴用法

B.2數組

B.2.1數組聲明

B.2.2數組構造

B.2.3數組連線

B.2.4數組索引與切片

B.2.5數組運算

B.3模型行為描述

B.3.1方程

B.3.2算法

B.4連線與連線器

B.4.1因果連線器

B.4.2非因果連線器

B.4.3可擴展連線器

B.4.4隱式連線器

B.5函式

B.5.1函式聲明

B.5.2函式調用

B.5.3內置函式

B.5.4記錄構造函式

B.5.5函式微分註解聲明

B.5.6外部函式調用

B.6註解

B.6.1參數框設計

B.6.2圖示設計

B.6.3幫助文檔設計

B.6.4動態顯示設計

B.6.5文本其他註解

B.7事件

B.7.1事件概念

B.7.2事件觸發語句及函式

B.7.3事件相關函式

B.7.4事件處理函式

B.8模型重用

B.8.1繼承重用

B.8.2實例化重用

B.8.3重聲明重用

附錄CModelica工程套用

C.1機械系統建模仿真套用

C.2熱力系統建模仿真套用

C.3通信系統建模仿真套用

C.4控制系統建模仿真套用

C.5電氣系統建模仿真套用

C.6流體系統建模仿真套用

C.7車輛系統仿真套用

C.7.1車輛電池模型庫

C.7.2車輛發動機模型庫

C.7.3車輛電子模型庫

C.7.4車輛熱管理系統模型庫

C.7.5車輛動力性經濟性模型庫

C.7.6車輛動力學模型庫

C.8半物理仿真套用

參考文獻