基于SysML和Modelica的多领域设计和仿真建模集成
发布时间：2020-04-05 19:05
【摘要】：随着计算机技术的成熟,基于模型的系统工程(MBSE)方法在系统设计和仿真建模领域均得到了广泛应用,基于模型的方法具有可重用、无歧义、易理解、易复制传播等诸多优点,因此逐渐替代了传统的基于文本的系统工程方法。随着机电系统功能需求日益复杂,它往往涉及机械、电子、电力、液压、热和控制等诸多领域和学科,使得系统的规模日益庞大,结构和行为日益复杂,多领域系统设计和仿真建模变得越来越重要。系统建模语言(SysML)源于统一建模语言(UML),它的出现统一了系统工程设计领域使用的建模语言。Modelica语言吸收了诸多面向对象和基于方程的其它单领域仿真语言,成为了仿真领域的多领域统一建模语言。SysML和Modelica的出现,使得复杂机电系统设计中的设计阶段和仿真阶段分别有了可靠的统一表达标准。在机电系统研制过程中,设计指导仿真,仿真反馈设计,设计和仿真相辅相成。因此,如何将设计建模和仿真建模统一起来成为一个重要的课题。本文基于SysML和Modelica,通过吸收和综合现有的设计和仿真集成方案,提出了一套独特的多领域设计和仿真建模集成的方法。首先,本文介绍和分析了元对象机制(MOF)。接着,本文分别提取SysML和Modelica的元模型,并对两者进行了比较。然后,本文以Modelica元模型为基准,分析和构造了面向SysML和Modelica集成的SysML扩展——M-Design。最后,本文依据扩展的SysML和Modelica元模型,通过抽象模型映射的转换方程,构造了平台无关的设计和仿真模型映射规则。在上述工作基础上,本文在已有的SysML建模平台上创建了 M-Design扩展包,以及基于M-Design和AMESim的SysML-Modelica模型转换工具。在上述工具支持下,本文以储水池系统为例,实现了复杂机电系统的设计和仿真建模集成。
【图文】：
述、结构、行为、分配、属性约束的建模，１＾有效支持系统工程分析。基于上述逡逑ＳｙｓＭＬ的九种图，可支持在不同的视角和粒度上表达系统模型，满足各方的需逡逑求，图１．２展示了邋ＳｙｓＭＬ提供的Ｓ种视角：行为、需求和结构，行为模型包含活逡逑动图、用例图、序列图和状态机图，需求模型包含需求图，结构模型包含块结构逡逑图、内部块图、参数图和包图。其中，需求图和参数图是ＳｙｓＭＬ全新的图类型；逡逑活动图、块结构图和内部块图分别改造自ＵＭＬ的交互图（Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ邋Ｄｉａｇｒａｍ）、逡逑类图（Ｃｌａｓｓ邋Ｄｉａｇｒａｍ）和组成结构图（Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋Ｄｉａｇｒａｍ）；其余逡逑的四个图则完全重用自ＵＭＬ。逡逑ＳｙｓＭＬ逡逑Ｄｉａｇｒａｍ逡逑逦邋个，逦逡逑Ｉ邋Ｉ邋—邋—Ｉ．逦Ｉ逦Ｉ逦１逦Ｉ邋■邋Ｉ逡逑Ｉ逦《逡逑Ｂｅｔａｖｉｏｒ逦Ｉ邋Ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ邋ｇ逦Ｓｖｕｃｔａｒｓ逡逑Ｄｉａｇｒａｍ逦Ｉ邋由ａｇｉ＊日邋ｍ邋ｆ逦Ｄｉａｇｒａｍ逡逑＿邋Ｉ逦＼逦ｉ逦１逡逑，逦邋，邋逦，，邋，＿＿＿
第１章绪论逡逑１．３．３Ｗ＆Ａ邋技术逡逑Ｌ邋Ｇ和Ｂ．邋Ｇ将传统仿真模型的Ｖ＆Ｖ技术分为四类ｔｉ２］，如图１．３所示，根据逡逑方法的形式化程度可分为正式技术和非正式技术，根据是否需要运行模型分为静逡逑态技术和动态技术。将这四类技术分别应用于Ｖ＆Ｖ的各个过程，由于每个过程的逡逑特点不同，因此每个过程使用的技术也不同。逡逑正式技术一般通过严格的数学推理、证明进行模型的Ｖ＆Ｖ，是非常有效的方逡逑法，但是它的应用存在一些难点ｆＷ：逡逑■使用形式化的验证技术通常需要一些专业技术和经验，这对使用者提出逡逑了一定的要求。逡逑？使用形式化技术要求建模语言本身是形式化的并且模型的语义是清晰定逡逑义的。逡逑？现有系统工程中形式化验证工具对形式化支持的程度还不zｅ义洗撤抡婺Ｐ蛻悖郑Γ旨疾慑义希五澹慑澹
本文编号：2615410
【图文】：
述、结构、行为、分配、属性约束的建模，１＾有效支持系统工程分析。基于上述逡逑ＳｙｓＭＬ的九种图，可支持在不同的视角和粒度上表达系统模型，满足各方的需逡逑求，图１．２展示了邋ＳｙｓＭＬ提供的Ｓ种视角：行为、需求和结构，行为模型包含活逡逑动图、用例图、序列图和状态机图，需求模型包含需求图，结构模型包含块结构逡逑图、内部块图、参数图和包图。其中，需求图和参数图是ＳｙｓＭＬ全新的图类型；逡逑活动图、块结构图和内部块图分别改造自ＵＭＬ的交互图（Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ邋Ｄｉａｇｒａｍ）、逡逑类图（Ｃｌａｓｓ邋Ｄｉａｇｒａｍ）和组成结构图（Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋Ｄｉａｇｒａｍ）；其余逡逑的四个图则完全重用自ＵＭＬ。逡逑ＳｙｓＭＬ逡逑Ｄｉａｇｒａｍ逡逑逦邋个，逦逡逑Ｉ邋Ｉ邋—邋—Ｉ．逦Ｉ逦Ｉ逦１逦Ｉ邋■邋Ｉ逡逑Ｉ逦《逡逑Ｂｅｔａｖｉｏｒ逦Ｉ邋Ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ邋ｇ逦Ｓｖｕｃｔａｒｓ逡逑Ｄｉａｇｒａｍ逦Ｉ邋由ａｇｉ＊日邋ｍ邋ｆ逦Ｄｉａｇｒａｍ逡逑＿邋Ｉ逦＼逦ｉ逦１逡逑，逦邋，邋逦，，邋，＿＿＿
第１章绪论逡逑１．３．３Ｗ＆Ａ邋技术逡逑Ｌ邋Ｇ和Ｂ．邋Ｇ将传统仿真模型的Ｖ＆Ｖ技术分为四类ｔｉ２］，如图１．３所示，根据逡逑方法的形式化程度可分为正式技术和非正式技术，根据是否需要运行模型分为静逡逑态技术和动态技术。将这四类技术分别应用于Ｖ＆Ｖ的各个过程，由于每个过程的逡逑特点不同，因此每个过程使用的技术也不同。逡逑正式技术一般通过严格的数学推理、证明进行模型的Ｖ＆Ｖ，是非常有效的方逡逑法，但是它的应用存在一些难点ｆＷ：逡逑■使用形式化的验证技术通常需要一些专业技术和经验，这对使用者提出逡逑了一定的要求。逡逑？使用形式化技术要求建模语言本身是形式化的并且模型的语义是清晰定逡逑义的。逡逑？现有系统工程中形式化验证工具对形式化支持的程度还不zｅ义洗撤抡婺Ｐ蛻悖郑Γ旨疾慑义希五澹慑澹
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