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摘 要
目前， 隨著計算機技術(shù)和模擬建模技術(shù)的發(fā)展，數(shù)學(xué)建模與仿真在產(chǎn)品設(shè)計中的作用越來越重要，已經(jīng)成為測試和分析產(chǎn)品技術(shù)性能的一項重要手段。然而，現(xiàn)在產(chǎn)品的復(fù)雜程度逐漸提高，往往涉及機械、控制、電子、和軟件等多學(xué)科領(lǐng)域,其每個部件、子系統(tǒng)都可能是由各個學(xué)科領(lǐng)域的零部件組成, 雖然各個學(xué)科領(lǐng)域都有比較成熟的仿真軟件,但大部分仿真軟件僅適用于本學(xué)科領(lǐng)域,并在模型表述中采用自己專門的格式,而復(fù)雜產(chǎn)品的整體性能需要多個領(lǐng)域仿真軟件的協(xié)同仿真,需要在多個仿真軟件間進行大量的數(shù)據(jù)交換,并進行系統(tǒng)層面上的建模,單領(lǐng)域仿真建模工具很難滿足要求。因此要設(shè)計多領(lǐng)域建模與仿真平臺，以滿足當今產(chǎn)品生產(chǎn)的需要。
在本論文中，通過對多領(lǐng)域建模語言Modelica在數(shù)字電路中的應(yīng)用以及多領(lǐng)域物理系統(tǒng)仿真平臺Dymola系統(tǒng)的應(yīng)用的介紹，讓我們初步了解了多領(lǐng)域建模與仿真在當今產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用。該論文主要包含以下的幾個主要部分：首先介紹當今多領(lǐng)域建模仿真的發(fā)展狀況。其次，介紹了有關(guān)電路設(shè)計和仿真的一些有關(guān)軟件和平臺，以及Modelica語言和Dymola仿真平臺。接著，介紹了同步電機工作原理以及它的數(shù)學(xué)模型。最后，講述如何利用Modelica語言和Dymola仿真平臺建立同步電機仿真模型，以及對它進行分析測試。
本論文對課題的設(shè)計方法以及所利用的理論知識進行了詳細的闡述，并對多領(lǐng)域建模語言Modelica以及仿真平臺Dymola系統(tǒng)進行了介紹。
關(guān)鍵字：同步電機建模仿真；同步電機動態(tài)響應(yīng)；Modelica； Dymola系統(tǒng)。
Abstract
At present, along with the computer technology and the simulation modelling technology development, mathematics modelling and the simulation is more and more important in the product design function,already became the test and an analysis product technical performance important method.However, now the product complex degree gradually enhances, often involves the machinery, the control, the electron, and software and soon the multi-disciplinary domain, its each part, the subsystem all possibly are is composed by each discipline domain spare part. Although each discipline domain has quite mature simulation softwares, however, most simulation softwares applie only to the areas of themselves, used their own special formats to illustrate the models, but complex products require multiple areas of the overall performance of simulation softwares co-simulation, and need a large number of data exchange among a number of simulation softwares,modeling on system level. single field of simulation modeling tools are very difficult to meet the requirements, therefore must design the multi- domains modelling and the simulation platform, meets now the product production needs.
In this paper, through to multi- domains modelling language Modelica in the digital circuit application as well as the multi-domains physical system simulation platform Dymola system application introduction, lets us initially understand the multi- domainsmodelling and the simulation in now the product design application.Below this paper mainly contains several main parts:
First briefs now the multi- domains modelling simulation development condition.Second, introduced the related circuit design and simulation somerelated software and the platform, as well as Modelica language and Dymola simulation platform.After that, introduced work principle of synchronous motor as well as its mathematical model. Finally, how narrates using the Modelica language and Dymola simulation platform establishment parallel synchronous motor the simulation model, as well as carries on the analysis test to them.
The present paper the theory knowledge which as well as used to thetopic design method has carried on the detailed elaboration, and hascarried on the introduction to multi- domains modelling language Modelica as well as the simulation platform Dymola system.
Key words: Synchronous machine modeling and simulation;Synchronous motor dynamic response,;Modelica;The Dymola system..
目 錄
摘 要 I
Abstract II
1 緒論 1
1.1課題來源和研究背景 1
1.2 國內(nèi)外相關(guān)軟件的發(fā)展概況 4
1.2.1硬件描繪語言VHDL 4
1.2.2 Matlab系統(tǒng) 5
1.3 Modelica語言的介紹 6
1.3.1 Modelica發(fā)展的歷史 6
1.3.2 Modelica的主要特征 7
1.3.3 Modelica的主要功能 8
1.4 課題研究的目的與意義 11
1.5 課題主要內(nèi)容 12
2 同步電機基本原理 12
3 仿真系統(tǒng)設(shè)計 20
4 仿真結(jié)果及分析 29
5 總結(jié)與展望 35
5.1 總結(jié) 35
5.2 展望 35
謝 辭 37
參考文獻 38
39
1 緒論
1.1 課題來源和研究背景
該課題來源于桂林電子科技大學(xué)機電工程學(xué)院,課題主要研究面向?qū)ο蟮亩囝I(lǐng)域建模語言Modelica的應(yīng)用，本設(shè)計主要是研究Modelica在同步電機仿真中的方針及應(yīng)用。
隨著時代和科技的進步，計算機仿真技術(shù)日益成為各行業(yè)不可缺少的手段和技術(shù)?？v觀系統(tǒng)仿真技術(shù)發(fā)展的歷史可知，仿真技術(shù)的發(fā)展是與控制工程、系統(tǒng)工程及計算技術(shù)的發(fā)展密切聯(lián)系的。正是控制工程和系統(tǒng)工程的發(fā)展促進了仿真技術(shù)的廣泛應(yīng)用，同時計算機的出現(xiàn)以及計算技術(shù)的發(fā)展，為仿真技術(shù)提供了強有力的手段和工具。由于在計算機上建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型并運轉(zhuǎn)和實驗這個模型是十分經(jīng)濟、方便和靈活的，因而計算機仿真在仿真中越來越占有重要的地位。
50年代末期到60年代，由于洲際導(dǎo)彈和宇宙飛船的姿態(tài)及軌道控制動力學(xué)的研究，促進了混合仿真技術(shù)的發(fā)展，1958年第一臺混合計算機系統(tǒng)用于洲際導(dǎo)彈的仿真。1964年生產(chǎn)出第一臺商用混合計算機系統(tǒng)。60年代，阿波羅登月計劃的成功及核電站的廣泛使用進一步促進了仿真技術(shù)的發(fā)展。70年代開始，仿真技術(shù)被應(yīng)用于社會、經(jīng)濟、生態(tài)、管理等非工程系統(tǒng)的研究，開拓了仿真技術(shù)的廣闊應(yīng)用前景。
仿真技術(shù)現(xiàn)在已成為系統(tǒng)分析、研究、設(shè)計及人員訓(xùn)練不可缺少的重要手段，它給工程界及企業(yè)界帶來了巨大的社會效益與經(jīng)濟效益。使用仿真技術(shù)可以降低系統(tǒng)的研制成本，提高系統(tǒng)實驗、調(diào)試及訓(xùn)練過程中的安全性，對于社會、經(jīng)濟系統(tǒng)，由于不可能直接進行實驗，仿真技術(shù)更顯出它的重要性。
現(xiàn)代仿真系統(tǒng)的總體要求如下
(1)減少模型開發(fā)時間，即從重視編程轉(zhuǎn)向重視建模，包括研究結(jié)構(gòu)化建模的環(huán)境與工具，建立模型庫及模型開發(fā)的專家系統(tǒng)等等。
(2)改進精度，包括改進模型建立的精度及實驗運行的精度，比如研究模型結(jié)構(gòu)特征化的新方法——模式識別法及人工智能法、連續(xù)動力學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值解法、隨機數(shù)產(chǎn)生的方法等等。
(3)改進通信，包括人與人之間的通信及人與計算機之間的通信，比如研究模型的統(tǒng)一描述形式，圖形輸入與動畫輸出，仿真結(jié)果的統(tǒng)計、分析等。
仿真實驗要使得模型能夠在計算機上運行，這部分工作要由仿真軟件來完成。仿真軟件是一類面向仿真用途的專用軟件，它的特點是面向問題、面向用戶，其功能可概括為：
(1)模型描述的規(guī)范及處理；
(2)仿真實驗的執(zhí)行與控制；
(3)數(shù)據(jù)與結(jié)果的分析、顯示及文檔化；
(4)對模型、實驗?zāi)Ｊ?、?shù)據(jù)、圖形或知識的存儲、檢索與管理。
根據(jù)上述功能的實現(xiàn)情況，可以將仿真軟件分為程序包[具有(2)、(3)、(4)中一種或兩種功能]、仿真語言〔具有(1)、(2)、(3)功能]和一體化仿真環(huán)境[具有(1)一(4)全部功能的一體化軟件系統(tǒng)]。從目前看，仿真語言仍是仿真軟件的主體。
從軟件發(fā)展的觀點來看，最初出現(xiàn)的是一些功能簡單的程序包，以后為便于仿真用戶使用，開發(fā)了許多仿真語言，同時研制成仿真軟件。為了滿足這些要求，提出了以下幾點。
改善建模環(huán)境，改善建模環(huán)境包括下述內(nèi)容。
(1)模塊化、結(jié)構(gòu)他建模技術(shù)
所謂結(jié)構(gòu)化建模技術(shù)是指；根據(jù)不同實際系統(tǒng)的組成，對系統(tǒng)進行分解，抽象出它們的基本成分及組合關(guān)系；確定各種基本成分及其連接的描述形式并開發(fā)一種非過程編程語言(模型描述語言)，根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的不同建立相應(yīng)的模型庫并使它與模型實驗?zāi)?
塊有機地結(jié)合起來。采用這種技術(shù)不僅能使仿真軟件直接面向領(lǐng)域工程師，而且能大大縮短建模時間。
(2)圖形建模技術(shù)
利用鼠標器在計算機屏幕上將模型庫中已有的系統(tǒng)元件拼合成系統(tǒng)的橫型。
在20世紀90年代以前，應(yīng)用于特定領(lǐng)域的建模仿真軟件在其取得成功的同時，伴隨著新產(chǎn)品、新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，離復(fù)雜產(chǎn)品的現(xiàn)實要求之間的差距也越來越大，具體表現(xiàn)在：
（1）對多領(lǐng)域建模支持不足：ADAMS,SIMPACK、Spice、VHDL-AMS、Flowmaster
等在其特定專業(yè)領(lǐng)域，如機械、電子或液壓等，功能相當完善，但對于來自其它領(lǐng)域的組件描述能力有限，對多領(lǐng)域統(tǒng)一建模的支持不足。
（2）通用仿真系統(tǒng)如Simulink、ACSL等，有時需要對模型方程作手工推導(dǎo)和分解，然后建立對應(yīng)的經(jīng)過分解和變型的模型。建立的模型拓撲結(jié)構(gòu)和實際的物理模型的拓撲結(jié)構(gòu)相去甚遠，因而不適合于物理建模(physical modeling)。
（3）和傳統(tǒng)的面向計算的建模方法不同，第一代面向?qū)ο蟮臄?shù)學(xué)建模語言和仿真系統(tǒng)(ObjectMath,Dymola,Omola,NMF,gPROMS,Allan,Smile等)采用了面向?qū)ο蠛突诜匠痰慕７椒?，克服了以前面向過程的建模仿真語言的限制，但諸多語言本身又產(chǎn)生了兼容性和標準化的問題。
為此，來自不同領(lǐng)域的專家學(xué)者，在歸納和統(tǒng)一以前的多種面向?qū)ο蟮臄?shù)學(xué)建模語言基礎(chǔ)上，于1997年提出了一種新的多領(lǐng)域統(tǒng)一物理建模語言Modelica。
目前，國內(nèi)高校和研究所對基于Modelica統(tǒng)一建模語言的多領(lǐng)域統(tǒng)一建模的研究還主要局限于基于Dymola軟件的應(yīng)用，如上海交通大學(xué)機械與動力工程學(xué)院借助于Dymola對燃氣輪機、開關(guān)磁阻電機、同步電機和熱機的分析應(yīng)用，華北工學(xué)院對發(fā)動機和機械傳動箱的建模分析以及河海大學(xué)常州校區(qū)機電學(xué)院在柔性結(jié)構(gòu)振動控制上應(yīng)用Modelica語言進行的建模分析等等，而對Modelica統(tǒng)一建模語言本身的研究及其軟件支撐平臺的開發(fā)幾乎是空白。
一體化仿真環(huán)境是先進仿真技術(shù)的主要內(nèi)容，也是這些技術(shù)的綜合實現(xiàn)。它涉及到許多新的有關(guān)系統(tǒng)仿真的概念，如仿真的基本攝念框架，仿真——基于模型的活動，仿真操作系統(tǒng)等。本文從仿真語言及其存在的問題出發(fā)，從而引進傷真的基本概念框架
及一體化仿真環(huán)境，最后再從仿真操作系統(tǒng)的角度對一體化仿真環(huán)境作進一步討論。
當前的仿真語言還存在一些問題，有鑒于此，針對多領(lǐng)域耦合的復(fù)雜產(chǎn)品，研究開發(fā)多領(lǐng)域物理系統(tǒng)混合建模與仿真通用平臺MWorks；進一步將針對機械系統(tǒng)，基于CAD技術(shù)和多體系統(tǒng)動力學(xué)對其進行拓展，研究開發(fā)復(fù)雜產(chǎn)品機械系統(tǒng)的虛擬功能樣機系統(tǒng)FVPS，在統(tǒng)一環(huán)境下處理由機械、電子、液壓、控制等多領(lǐng)域構(gòu)件組成的復(fù)雜產(chǎn)品的設(shè)計分析問題；最終形成一套具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的集成化多領(lǐng)域物理系統(tǒng)混合建模與仿真統(tǒng)一平臺EMWorks，為企業(yè)提供一套產(chǎn)品創(chuàng)新工具。
隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的不斷提高，計算機模擬仿真在當今的產(chǎn)品生產(chǎn)過帶程中的作用也日趨重要，它能夠大大降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。是否能夠建立模擬仿真模型是實現(xiàn)計算機模擬仿真關(guān)鍵之所在。
Dymola/Modelica具有良好的可擴展性,可以建立分級模塊,再把它們組裝起來成為最終的模型,因而簡化了程序和步驟。同時,Modelica的non-casual(無須明確輸入輸出關(guān)系)也使得系統(tǒng)模塊的組裝方便簡捷,不失為一種好的建立模塊化仿真模型的有效工具和方法。充分開發(fā)其特點能進一步完善模塊化建模的方法,并拓展該語言的應(yīng)用領(lǐng)域。
由于面向?qū)ο蠹夹g(shù)存在一系列突出優(yōu)點，近年來這種技術(shù)越來越受到人們的重視，對它的應(yīng)用和研究遍及計算機軟件和硬件的各個領(lǐng)域。用模塊化、抽象、局部化和模塊獨立等原理及結(jié)構(gòu)程序設(shè)計技術(shù)指導(dǎo)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計，能夠提高軟件的開發(fā)效率，增加軟件的可理解性和可維護性。當功能需求變化時，無須重新創(chuàng)建工程，只須在原有的基礎(chǔ)上作一些增加、刪除或修改即可。而且如要產(chǎn)生新的功能也可用原有的類派生而成，可繼承原有類中可重用的部分，這樣就可以減少不必要的工作量。
1.2 國內(nèi)外相關(guān)軟件的發(fā)展概況
如今，對電子電路的設(shè)計與仿真軟件很多，這里主要介紹硬件描繪語言VHDL，電路圖電路板設(shè)計軟件PROTEL，以及 MATLAB系統(tǒng)。
1.2.1硬件描繪語言VHDL
在現(xiàn)代電子工程領(lǐng)域,硬件描述語言(Hardware Description Language ,縮寫為HDL) 因其“代碼復(fù)用”(Code Reuse) 遠高于圖形化輸入方法的“代碼復(fù)用”,并且解決了用電路原理圖在設(shè)計大規(guī)模電子系統(tǒng)時的諸多不便,所以成為了電子工程領(lǐng)域主要的設(shè)計工具。VHDL語言作為可編程邏輯器件的標準語言描述能力強, 覆蓋面廣, 抽象能力強, 應(yīng)用越來越廣泛。
VHDL的英文全寫是：VHSIC（Very High Speed Integrated Circuit）Hardware Description Language.翻譯成中文就是超高速集成電路硬件描述語言。它在80年代的后期出現(xiàn)。最初是由美國國防部開發(fā)出來供美軍用來提高設(shè)計的可靠性和縮減開發(fā)周期的一種使用范圍較小的設(shè)計語言 。但是，由于它在一定程度上滿足了當時的設(shè)計需求，于是他在1987年成為ANSI/IEEE的標準（IEEE STD 1076-1987）。1993年更進一步修訂，變得更加完備，成為ANSI/IEEE的ANSI/IEEE STD 1076-1993標準。目前，大多數(shù)的CAD廠商出品的EDA軟件都兼容了這種標準。
VHDL作為IEEE(美國電氣電子工程師學(xué)會) 標準,近十多年來獲得了越來越廣泛的應(yīng)用,隨著IEEE 對VHDL 的修訂與擴充,VHDL 已經(jīng)具備描述模擬和數(shù)?；旌想娐方Y(jié)構(gòu)與行為的能力。然而,VHDL 仿真器仍以事件驅(qū)動為核心,也就是說,仿真是按事件發(fā)生的順序進行的。因此,在應(yīng)用VHDL 對模擬電路進行建模與仿真分析時,還存在著許多限制。
VHDL語言具有多層次描述系統(tǒng)硬件功能的能力, 可以從系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型直到門級電路, 其高層次的行為描述可以與低層次的RTL 描述和結(jié)構(gòu)描述混合使用; 設(shè)計者可以實現(xiàn)從文本編輯、功能仿真、邏輯綜合、布局布線、時序仿真到編程下載整個開發(fā)過程,大大減輕了設(shè)計人員的工作強度, 提高了設(shè)計質(zhì)量, 減少了出錯的機會。
用VHDL語言進行的數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計采用“自頂向下(top to down) ”的設(shè)計方法,實現(xiàn)的基本步驟如下:
(1) 分析系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)并進行系統(tǒng)劃分,確定各個模塊的接口和功能;
(2) 編寫程序,輸入VHDL 代碼;
(3) 將其編譯成標準的VHDL 文件;
(4) VHDL 源代碼進行綜合優(yōu)化處理;
(5) 配置,即加載設(shè)計規(guī)定的編程數(shù)據(jù)到指定型號的芯片中;
(6) 下載,并驗證設(shè)計的正確性。
1.2.2 Matlab系統(tǒng)
在科學(xué)研究和工程應(yīng)用的過程中，往往需要進行大量的數(shù)學(xué)計算，傳統(tǒng)的紙筆和計算器已根本不能滿足海量計算的要求，一些技術(shù)人員嘗試用Basic , Fortran以及C語言編制程序來減輕工作量，但編制程序不僅需要掌握所用語言的語法，還需要對有關(guān)算法進行深入的分析，這對大多數(shù)科技工作者來說有一定的難度。當用C或Fortran語言編寫程序時，尤其當涉及到矩陣運算和畫圖時，編程會很麻煩，往往一個簡單的問題就要編寫很長的代碼，鍵入和調(diào)試程序都非常困難。
為了滿足用戶對工程數(shù)學(xué)計算的要求，一些軟件公司相繼推出了一批數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件，如MATLAB, Xmath Mathernatica Maple等，其中Mathworks公司推出的MATLAB以其強大的功能和易用性受到越來越多的科技工作者的歡迎。
MATLAB起初是作為矩陣實驗室(Matrix Laboratory)提供給UNPACK和EISPACK矩陣軟件包的接口(UNPACK是解線性方程的Fortran程序庫，EISPACK是解特征值問題的Fortran程序庫)。80年代初期，Cleve Moler, John Little采用C語言編寫MATLAB的核心，合作開發(fā)了MATLAB第二代專業(yè)版。不久，他們成立了Mathworks公司，并將MATLAB正式推向市場。與Basic Fortran C語言比較，MATLAB的語法規(guī)則更為簡單，編程特點更貼近人的思維方式，用MATLAB寫程序有如在便箋上列公式和求解，因而MATLAB被稱為“科學(xué)便箋式”的科學(xué)工程計算語言。
MATLAB 是一種廣泛應(yīng)用于工程計算及數(shù)值分析領(lǐng)域的新型高級語言,主要由MATLAB主開發(fā)環(huán)境、擴展MATLAB 功能的工具箱、Simulink仿真環(huán)境和第三方開發(fā)的輔助工具等內(nèi)容組成。 它可靠的數(shù)值計算和符號計算功能、簡單易學(xué)的編程語言、強大的圖形功能以及為數(shù)眾多的應(yīng)用工具箱是MATLAB 區(qū)別于其它科技應(yīng)用軟件的顯著特點。 MATLAB相對于其他應(yīng)用軟件有以下的優(yōu)勢：
（1）語言簡潔緊湊，使用方便靈活，庫函數(shù)極其豐富。MATLAB程序書寫形式自由，利用其豐富的庫面數(shù)避開鉸雜的子程序編程任務(wù)，壓縮了一切不必要的編程工作。由于庫函數(shù)都由本領(lǐng)域的專家編寫，用戶不必擔心函數(shù)的可靠性。
（2）運算符豐富。由于MATLAB是用c語言編寫的，MATLAB提供了和c語言幾乎—樣多的運算符，靈活使用MATLAB的運算符將使程序變得極為簡短。
（3）MATLAB既具有結(jié)構(gòu)化的控制語句又有面向?qū)ο缶幊痰奶匦浴?
（4）語法限制不嚴格，程序設(shè)計自由度大。
（5）程序的可移植性很好，基本上不做修改就可以在各種型號的計算機和操作系統(tǒng)上運行。
（6）MATLAB的圖形功能強大。MATLAB數(shù)據(jù)的可視化非常簡單。而且還具有較強的編輯圖形界面的能力。
Simulink是MATLAB軟件包中最重要的功能模塊之一，是一個結(jié)合了框圖界面和交互仿真能力的系統(tǒng)級設(shè)計和仿真工具。它以MAlUlB的核心數(shù)學(xué)、圖形和語言為基礎(chǔ)，可以讓用戶毫不費力地完成從算法開發(fā)、仿真或者模型驗證的全過程，而不需要傳遞數(shù)據(jù)、重寫代碼或改變軟件環(huán)境，是交互式，模塊化的建模和仿真的動態(tài)分析系統(tǒng)，在電子領(lǐng)域，通常利用 Simulink建立電子裝置的簡化模型并連接成系統(tǒng)，即可直接進行控制器的設(shè)計和仿真。 Simulink對C語言代碼提供了很好的支持，而且既可以工作在交互式圖形環(huán)境下，也可以工作在MATLAB指令語言模式的批處理模式下。
使用MATLAB的優(yōu)勢：其數(shù)據(jù)處理十分有效，精細，運行速度較快；數(shù)據(jù)的格式兼容性非常好便于數(shù)據(jù)的后處理與分析，尤其是控制特性的研究分析。
1.3 Modelica語言的介紹
1.3.1 Modelica發(fā)展的歷史
多領(lǐng)域建模(multi-domain modeling)是將機械、控制、電子、液壓、氣動、軟件等不同學(xué)科領(lǐng)域的模型“組裝”成為一個更大的仿真模型，以用于仿真運行。多領(lǐng)域統(tǒng)一建模技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)歷了從單一領(lǐng)域獨立建模到多領(lǐng)域統(tǒng)一建模、連續(xù)域或離散域分散建模到連續(xù)離散混合建模、面向過程建模到面向?qū)ο蠼５陌l(fā)展階段。
1978年瑞典人Hilding Elmqvist在博士論文中,針對計算機仿真發(fā)展的趨勢提出了建立一種新的面向?qū)ο蟮挠嬎銠C仿真語言的思想,其后在20世紀80年代,由于Pantelides解DAE方程法的出現(xiàn)而有了進一步的發(fā)展,并最終在20世紀90年代后半期形成了一種新的仿真語言和軟件——Modelica/Dymola。
Modelica 是歐洲仿真界在統(tǒng)一和歸納先前多種物理建模語言的基礎(chǔ)上, 為解決復(fù)雜多領(lǐng)域物理系統(tǒng)的統(tǒng)一建模與仿真問題, 提出的一種面向?qū)ο蟮?、基于方程的、陳述式建模語言。 目前基于Modelica的具有從建模到仿真直至后處理完整功能的軟件只有2個：瑞典Dynasim AB公司的Dymola和瑞典PELAB實驗室的MathModelica。
Dymola由瑞典Dynasim AB公司設(shè)計開發(fā)，是第一個支持Modelica語言的建模仿真工具。Dymola提供圖形化建模環(huán)境，支持基于圖標的拖放式圖形建模。Dymola也提供文本建模環(huán)境，支持具有Modelica語言的文本建模。Dymol具有功能強大的符號處理引擎，集成了多個數(shù)值求解包，可實現(xiàn)較大規(guī)模的多領(lǐng)域物理系統(tǒng)建模仿真。目前，基于Modelica語言的建模應(yīng)用大多是采用Dymola實現(xiàn)的。MathModelica由瑞典Link OPing大學(xué)PELAB實驗室設(shè)計開發(fā)，它通過集成Microsoft Visio、Mathmatica和Dymol仿真引擎開發(fā)而成。其中，Microsoft Visio用于實現(xiàn)圖形建模，Dymola仿真引擎用于模型轉(zhuǎn)化和求解，Mathmatica的notebook用于文本建模和仿真后處理。MathModelica擁有和Dymola一樣的圖形和文本建模能力。與Dymola不同的是，MathModelica的各組成模塊沒有集成在同一個框架界面中，在建模仿真過程常常需要反復(fù)激活和切換操作界面。國內(nèi)的華中科技大學(xué)國家CAD支撐軟件工程技術(shù)研究中心目前正在研究開發(fā)一個基于Modelica語言的多領(lǐng)域物理系統(tǒng)統(tǒng)一建模與仿真平臺MWorks，已在核心技術(shù)研究和系統(tǒng)開發(fā)方面取得了若干成果。
Dymola基本上實現(xiàn)了Modelica 2.0版，提供了從可視化建模、自動求解到曲線和動畫后處理的完整功能。
1.3.2 Modelica的主要特征
Modelica作為新一代面向?qū)ο蟮?、基于方程的、多領(lǐng)域復(fù)雜物理系統(tǒng)統(tǒng)一建模語言，其顯著的四個特征是：
（1）面向?qū)ο蠼?。采用面向?qū)ο蟮慕７椒?，類（class）封裝了模型系統(tǒng)的狀態(tài)和行為，模型知識通過繼承實現(xiàn)重用和進化。
（2）多領(lǐng)域建模。基于實際物理系統(tǒng)數(shù)學(xué)描述的內(nèi)在一致性，Modelica能夠?qū)ΠC、電、液、控等多個領(lǐng)域組件在內(nèi)的復(fù)雜物理系統(tǒng)統(tǒng)一建模。
（3）陳述式物理建模。采用方程描述模型及連接方式，實現(xiàn)非因果建模，可用于物理建模。
（4）離散混合建模。Modelica采用同步的微分、代數(shù)和離散方程描述混合系統(tǒng)。
Modelica采用了無因果的建模思想,用更加自然的語法和語義來表述模型,非常適合于物理系統(tǒng)的建模。它語法簡單、層次清晰,可以按照系統(tǒng)真實拓撲結(jié)構(gòu)來連接各個組件,而且可處理混雜系統(tǒng)。由于其接口設(shè)計巧妙,可以用于多領(lǐng)域建模(multi domain) 和多范式建模(multi for2malism) ,真正做到“通用建?！?。Modelica 語言與Java 等通用語言有很多相似之處, 完全由類( class) 組成。
1.3.3 Modelica的主要功能
Dymola(Dynamic Modeling Laboratory)適宜于模擬不同類型的物理對象。它支持分級建模,支持模型庫中元件的重復(fù)使用,支持復(fù)雜、任意的連接。Dymola采用一種新的面向?qū)ο蟮?、建立在微分方程基礎(chǔ)上的建模方法。Dymola仿真軟件采用Modelica語言對其仿真對象進行建模,可以應(yīng)用于諸多工程領(lǐng)域。
根據(jù)Modelica模型文本特點，把握面向用戶進行建模的宗旨，把多領(lǐng)域模型建模系統(tǒng)主要分為三大模塊：領(lǐng)域庫模塊、文本建模模塊和圖形建模模塊。領(lǐng)域庫模塊的主要功能是形象化顯示Modelica標準庫中的模型，方便用戶在圖形建模過程中通過拖放式操作進行重用，另外它還能夠顯示當前模型的層次化信息，反映模型的部件和繼承結(jié)構(gòu)；文本建模模塊是整個建模系統(tǒng)的核心，能夠讓用戶對模型文本信息進行方便有效的操作和維護，這里的文本信息分為當前模型的Modelica文本信息和注釋信息；有效的操作和維護，這里的文本信息分為當前模型的Modelica文本信息和注釋信息；圖形建模模塊是用戶進行多領(lǐng)域系統(tǒng)建模最直接方便的途徑，能夠以圖形的方式快速準確的顯示模型的層次化建模信息，并對圖形信息進行各種操作和維護，而且對建模環(huán)境的視圖信息進行縮放、移動等操作，方便用戶在最優(yōu)的方式下進行建模工作，圖形建模模塊包括兩個方面：圖表組件系統(tǒng)和圖標組件系統(tǒng)，圖表組件系統(tǒng)顯示模型建前模型功能或者外形信息，不反映組件和繼承信息信息。通過以上分析，整個基于Modelica模型建模系統(tǒng)具備以下功能：