第1章 绪论
1.1 数字化设计概述
1.2 计算机科学技术的发展对设计技术的影响
1.3 人工智能与数字化设计技术创新
1.4 功能建模技术综述
1.5 工程物理系统数字化设计的创新发展
1.5.1 工程物理系统多领域统一建模方法
1.5.2 Modelica语言的发展、工程应用与相关工具
1.5.3 多领域统一模型的编译映射技术
1.5.4 多领域物理系统仿真求解技术
1.6 研究意义
第2章 工程物理系统多领域统一建模与Modelica
2.1 概述
2.2 工程系统物理建模
2.2.1 物理组件的行为与结构
2.2.2 面向对象建模
2.2.3 多领域统一建模
2.2.4 陈述式非因果建模
2.2.5 连续离散混合建模
2.3 物理系统多领域统一建模原理
2.3.1 键合图与线性图
2.3.2 多领域统一建模原理
2.3.3 多领域建模语言与工具
2.4 面向对象的统一物理建模语言Modelica
2.4.1 面向对象建模支持
2.4.2 多领域统一建模支持
2.4.3 陈述式非因果建模支持
2.4.4 连续离散混合建模支持
2.5 Modelica模型的编译与求解
2.6 小结
第3章 陈述式仿真模型的相容性分析
3.1 引言
3.2 方程系统表示图及相关概念
3.2.1 图论基本概念
3.2.2 结构关联矩阵
3.2.3 结构关联矩阵的二部图表示
3.3 仿真模型的相容性判定
3.4 奇异组件的识别
3.5 过约束问题分析策略
3.5.1 过约束度为1的过约束问题
3.5.2 过约束度大于1的过约束问题
3.6 欠约束问题分析策略
3.6.1 剔除变量
3.6.2 补充方程
3.7 复合组件引起的奇异问题
3.8 小结
第4章 陈述式仿真模型的约简策略研究
4.1 引言
4.2 方程表达式的规范转换
4.2.1 转换规则
4.2.2 方程的二叉树表示
4.2.3 规范转换过程
4.3 方程系统的规模分解
4.3.1 剥离策略
4.3.2 凝聚策略
4.3.3 归并策略
4.3.4 拓扑排序
4.4 强耦合方程子集约简策略
4.4.1 剥离代数变量
4.4.2 撕裂代数环
4.5 内嵌积分
4.5.1 内嵌积分的基本思想
4.5.2 DAE系统的离散化策略
4.5.3 DAE系统的内嵌积分
4.6 小结
第5章 DAE模型的指标分析与相容初始化
5.1 引言
5.2 高指标问题及相关概念
5.2.1 高指标问题
5.2.2 结构奇异方程子集
5.2.3 指标约简
5.3 现有指标约简方法
5.3.1 Gear方法
5.3.2 Pantelides方法
5.3.3 哑导方法
5.3.4 现有方法的不足
5.4 基于加权二部图的指标约简
5.4.1 广义ODE系统
5.4.2 加权二部图及其特性
5.4.3 基于加权二部图的指标约简
5.4.4 指标约简实例
5.4.5 基于二叉树的符号微分
5.4.6 哑导的选取
5.4.7 与现有指标约简方法的比较
5.5 复杂DAE系统的指标分析
5.6 Modelica模型的相容初始化
5.7 小结
第6章 基于Modelica的多体系统建模方法
6.1 概述
6.2 基于广义基尔霍夫定律的多体动力学
6.2.1 多体动力学基本概念
6.2.2 位置、姿态与坐标变换
6.2.3 空间自由刚体牛顿欧拉运动方程
6.2.4 基于广义基尔霍夫定律的多体动力学
6.3 Modelica标准多体库
6.3.1 标准多体库概述
6.3.2 端口标架与姿态表示
6.3.3 多体库结构与主要元素
6.4 相容性冗余约束与超定连接机制
6.4.1 多体系统冗余约束
6.4.2 虚拟连接图
6.4.3 基于虚拟连接图的冗余约束分析
6.5 多体系统运动的闭环结构
6.5.1 闭环结构中自由度重复限制冗余约束
6.5.2 闭环结构中非线性代数方程的处理
6.6 Modelica多体系统模型编译与求解
6.6.1 基于标准库的多体建模
6.6.2 多体系统模型语义分析与编译
6.6.3 多体系统模型求解
6.7 小结
第7章 信息物理系统统一建模与仿真
7.1 概述
7.2 研究对象分析
7.2.1 CPS系统建模与仿真分析需求
7.2.2 基于Modelica的CPS系统建模仿真可行性分析
7.2.3 同步语言的启发
7.3 CPS系统统一建模
7.3.1 Modelica核心成分
7.3.2 时钟与时钟变量
7.3.3 时钟推演
7.3.4 时钟传播与时钟检查
7.3.5 时钟与时间系统的语义融合
7.3.6 统一建模示例
7.4 面向CPS的系统仿真规划扩展的数据流同步原则
7.4.1 扩展的数据流同步原则
7.4.2 CPS方程系统规划分解
7.4.3 CPS方程系统二次规划分解
7.5 面向CPS的系统统一仿真求解
7.5.1 事件与状态方程
7.5.2 CPS模型的数学本质
7.5.3 面向CPS的统一求解策略
7.6 小结
附录A Modelica系统仿真平台MWORKS.Sysplorer
A.1 MWORKS.Sysplorer简介
A.2 MWORKS.Sysplorer基础功能
A.2.1 建模操
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