3.3. Пакеты физического мультидоменного моделирования

Пакеты физического мультидоменного моделирования многими специалистами считаются более перспективными инструментами для исследования технических систем. Во-первых, они используют форму задания исходной информации, которая гораздо ближе и понятнее специалистам в предметных областях. Во-вторых, исследователь избавлен

от необходимости проводить структурные преобразования модели, с тем, чтобы перейти к структуре направленных блоков. И, наконец, большинство современных пакетов физического моделирования не только допускают использование направленных блоков, но и могут сопрягаться с классическими пакетами структурного моделирования, например, с Simulink.

Первоначально пакеты физического моделирования разрабатывались для моделирования электрических и электронных схем. Структура таких схем проще, чем механических. Каждая энергетическая связь содержит лишь две переменные – ток и напряжение. Именно поэтому современные пакеты компьютерного моделирования и анализа схем электронных устройств, такие, как Multisim, являются наиболее развитыми и отработанными.

Для нас представляют интерес пакеты, способные моделировать, прежде всего, механическую часть мехатронной системы, как наиболее сложную с точки зрения формирования математической модели и с точки зрения численного интегрирования и визуализации результатов.

3.3.1. Пакет Modelica/Dymola

Modelica представляет собой среду визуального моделирования, включающую универсальный объектно-ориентированный язык Modelica

для моделирования сложных физических систем и собственно инструментальные средства, такие как пакеты Dymola или MathModelica.

Язык Modelica, наряду с ASCEND, Smile, VHDL-AMS и др., относится к

группе так называемых некаузальных языков, т. е. языков физического моделирования.

Как и во всех рассматриваемых пакетах, в Modelica используется

компонентный принцип задания исходной информации об исследуемой

системе, однако, используемые компоненты имеют не входы и выходы, а выводы, или контакты, как правило, имеющие ясный физический смысл. Это делает пакет привлекательным для специалистов нематематического профиля и более простым для понимания и использования в целом.

Modelica имеет хорошую техническую поддержку со стороны производителя, для нее существует большое количество библиотек готовых компонентов. Постоянно происходит как дополнение уже существующих библиотек, так и разработка новых, охватывающих многие отрасли науки.

Пакет Dymola (Dynamic Modeling Laboratory), поддерживающий язык моделирования Modelica, является комплексным инструментом для моделирования и исследования сложных систем в таких областях, как мехатроника, автоматика, аэрокосмические исследования и др.

Возможность объединения в одной модели компонентов различной физической природы позволяет строить модели сложных систем, лучше соответствующие реальности, и получать более точные и прозрачные результаты.

Стандартная библиотека Dymola включает элементарные компоненты, относящиеся к электротехнике, механике, гидравлике и т. д.

Специализированные библиотеки содержат модели устройств и явлений для конкретной области. Например, MultiBody Library содержит трехмерные механические компоненты, предназначенные для моделирования роботов, искусственных спутников Земли или транспортных средств. Это модели твердых тел, шарниров, источников и средств анимации. Такие же библиотеки разработаны для электротехники, гидравлики и т. п.

Гибкость и открытость пакета Dymola дают пользователям возможность создавать свои собственные библиотеки моделей, описывая их на внутреннем языке описания блоков, или модифицировать уже существующие модели под свои конкретные нужды.

Кроме собственного языка, Dymola (Modelica) поддерживает интеграцию с такими программными средами, как Fortran, С, Simulink, и некоторыми др.

Возможность взаимодействия разработанных моделей с системой MATLAB/Simulink позволяет объединить сильные стороны структурно-

го и физического моделирования.