Peter Fritzson is Professor since 1995 and research director of the Programming Environment Laboratory (PELAB), at Link？ping University. He is also director of the Open Source Modelica Consortium (OSMC), director of the MODPROD center for model-based product development, and vice chairman of the Modelica Association, organizations he helped to establish. During 1999-2007 he served as chairman of the Scandinavian Simulation Society, and secretary of the European simulation organization, EuroSim. He received his M.Sc. in engineering 1975 and PhD 1984 in computer science from Link？ping University. He was project leader at Sun MicroSystems, California, 1985-86, and visiting professor at University of Queensland, Australia, 2007-2008. Prof. Fritzson's current research interests is in software engineering, especially programming languages, high level specification and modeling languages, programming and debugging tools and environments, parallel and multi-core computing, compilers and compiler generators (e.g. RML). During recent years he has put special emphasis on tools and languages for object-oriented modeling and simulation, and is one of the founding fathers of the Modelica language. He is currently leading the OpenModelica open source effort.

本书主要围绕技术物理系统建模与仿真，介绍工业界应用广泛的多领域物理建模语言Modelica，覆盖建模与仿真基本概念以及面向对象和基于组件的建模基础。本书目标如下：成为关于建模和仿真导论课程的实用教材；让先前不具备建模、仿真和面向对象背景的读者容易学习；对物理建模、面向对象建模和基于组件建模进行基本介绍；演示一些精选的应用领域的建模实例。本书是Modelica语言奠基者之一的PETER FRITZSON教授撰写的建模仿真与Modelica入门基础教程。

4.3.3 子系统建模
然后进一步分解并建立子系统模型。首先创建控制器的模型，可以在标准Modelica库中找到反馈节点和PI控制器。再添加一个阶跃函数块作为控制信号。所有的组件如图4.12所示。

图4.12 控制器建模
第二个要分解的主要组件是直流电机的电路部分（见图4.13）。在这里我们已经将直流电机分解为标准部件，包括一个由信号控制的电压源、一个电路必备的接地组件、一个电阻、一个代表电机线圈的电感和一个将电能转换为旋转运动的电动力转换器(emf)。

图4.13 电路建模
第三个子系统（见图4.14）包含三个具有惯量的机械旋转负载、一个理想的齿轮、一个转动弹簧和一个给控制提供数据的转速传感器。

图4.14 带有速度传感器的机械子系统建模
4.3.4 子系统组件建模
我们设法在Modelica模型库中找到所有组件对应的预定义模型。如果某些组件找不到，那就需要为这些组件定义合适的模型类以及方程，如图4.15所示的控制子系统的部件，如图4.16所示的电气子系统的部件，如图4.17所示的旋转机械子系统的部件。

图4.15 控制子系统中的基本方程与组件

图4.16 电气子系统中的基本方程与组件

图4.17 机械子系统中的基本方程与组件
图4.16中电气子系统包含的电气组件，如电阻、电感、信号电压源

目 录
Table of Contents


第1章 概论 1
1.1 系统和试验 2
1.1.1 自然系统和人工系统 3
1.1.2 试验 5
1.2 模型的概念 6
1.3 仿真 7
1.3.1 仿真的必要性 8
1.3.2 仿真的不足 9
1.4 创建模型 10
1.5 分析模型 11
1.5.1 敏感度分析 11
1.5.2 基于模型的诊断 12
1.5.3 模型验证与确认 12
1.6 数学模型分类 13
1.6.1 方程分类 14
1.6.2 动态模型VS静态模型 14
1.6.3 连续时间模型VS离散时间模型 16
1.6.4 定量模型VS定性模型 17
1.7 产品设计运用建模和仿真 18
1.8 系统模型实例 20
1.9 总结 25
1.10 参考文献 25
第2章 Modelica简介 26
2.1 Modelica入门 27
2.1.1 变量和预定义类型 32
2.1.2 注释 34
2.1.3 常量 35
2.1.4 可变性 36
2.1.5 默认初始值 36
2.2 面向对象的数学建模 37
2.3 类和实例 38
2.3.1 创建实例 39
2.3.2 初始化 41
2.3.3 特化类 42
2.3.4 基于变型的类重用 43
2.3.5 内置类型和属性 44
2.4 继承 45
2.5 泛型类 46
2.5.1 以实例作为类参数 46
2.5.2 以类型作为类参数 48
2.6 方程 49
2.6.1 重复的方程结构 51
2.6.2 偏微分方程 52
2.7 非因果物理建模 53
2.7.1 物理建模VS面向框图建模 53
2.8 Modelica组件化模型 55
2.8.1 组件 56
2.8.2 连接图 56
2.8.3 连接器和连接器类 58
2.8.4 连接 59
2.8.5 Inner和Outer定义隐式连接 60
2.8.6 可扩展连接器与信息总线 61
2.8.7 对流连接器 62
2.9 抽象类 63
2.9.1 抽象类重用 64
2.10 组件库设计和应用 66
2.11 示例：电子组件库 66
2.11.1 电阻 66
2.11.2 电容 66
2.11.3 电感 67
2.11.4 电压源 68
2.11.5 接地 69
2.12 简单电路模型 69
2.13 数组 71
2.14 算法结构 74
2.14.1 算法区和赋值语句 74
2.14.2 语句 75
2.14.3 函数 76
2.14.4 运算符重载和复数 78
2.14.5 外部函数 81
2.14.6 函数化的算法 82
2.15 离散事件和混合建模 83
2.16 包 87
2.17 注解 89
2.18 命名规范 90
2.19 Modelica标准库 91
2.20 Modelica实现和执行 93
2.20.1 手工编译简单电路模型 95
2.20.2 状态空间转化 97
2.20.3 求解方法 99
2.21 发展历程 102
2.22 总结 106
2.23 文献 106
2.24 练习 108
第3章 类和继承 112
3.1 类设计者和用户之间的约定 112
3.2 类示例 113
3.3 变量 114
3.3.1 变量名重复 115
3.3.2 变量名和类型名重复 115
3.3.3 变量初始化 116
3.4 方程即行为 116
3.5 访问控制 118
3.6 登陆月球示例仿真 119
3.7 继承 122
3.7.1 方程继承 123
3.7.2 多重继承 124
3.7.3 声明元素处理和用前声明 126
3.7.4 extends语句声明顺序 127
3.7.5 MoonLanding继承示例 127
3.8 总结 129
3.9 文献 129
第4章 系统建模方法 130
4.1 创建系统模型 130
4.1.1 演绎建模法VS归纳建模法 131
4.1.2 传统方法 132
4.1.3 面向对象-基于组件方法 133
4.1.4 自上而下VS自下而上建模 134
4.1.5 模型简化 135
4.2 容器系统建模 136
4.2.1 应用传统方法 136
4.2.2 应用面向对象-基于组件方法 138
4.2.3 连续PI控制容器系统 139
4.2.4 连续PID控制容器系统 143
4.2.5 串联容器系统 146
4.3 基于预定义组件的直流电机TOP-Down建模 147
4.3.1 系统定义 147
4.3.2 系统分解和通信初步设计 148
4.3.3 子系统建模 148
4.3.4 子系统组件建模 150
4.3.5 接口和连接定义 151
4.4 接口设计-连接器类 152
4.5 总结 153
4.6 文献 153
第5章 Modelica标准库 155
5.1 总结 162
5.2 文献 162
附录A 术语表 163
附录B OpenModelica和OMNotebook命令 171
B.1 交互式电子书OMNotebook 171
B.2 常用命令和示例 174
B.3 完整命令列表 175
B.4 OMSHELL和DYMOLA 184
B4.1 OMShell 184
B4.2 Dymola 脚本 185
文献 185
附录C OMNotebook和DrModelica的文本建模 187
C.1 HELLOWORLD练习 188
C.2 用VanDerPol和DAEExample模型运行DRMODELICA 189
C.3 简单方程系统 189
C.4 BouncingBall混合建模 190
C.5 采样混合建模 190
C.6 方程和算法区域 190
C.7 在电路中添加可连接组件 191
C.8 电路的详细建模 192
C.8.1 方程 192
C.8.2 模型实现 193
C.8.3 搭建电路模型 196
C.8.4 电路仿真 196
附录D 图形建模练习 197
D.1 简单直流电机 197
D.2 具有弹簧和惯量的直流电机 198
D.3 具有控制器的直流电机 198
D.4 直流电机作为发电机 199
参考文献 200