创建参数模型

在本主题中，我们将讨论如何开发用于仿真的 SysML模型元素（假设已有 SysML 建模知识），在配置SysML仿真窗口中配置这些元素，并观察在一些不同定义和建模方法下的仿真结果。本章提供的 SysML仿真示例中的图表和屏幕快照说明了这些要点。

创建参数模型时，您可以应用以下三种方法之一来定义约束方程：

• 在块元素上定义内联约束方程
• 创建可重用的约束块，以及
• 使用连接约束属性

您还将考虑：

• 物理交互中的流动
• 默认值和初始值
• 仿真函数
• 价值分配，以及
• 包导入

访问

在块上定义内联约束方程

直接在块中定义约束很简单，也是定义约束方程的最简单方法。

在这个图中，约束'f = m * a'被定义在一个块元素。

提示：您可以在一个块中定义多个约束。

1. 创建一个SysMLSim配置工具工件=Mass*Acceleration( 1 )'并将其指向包'FMA_Test'
2. 对于“FMA_Test”，在“值”列中设置“SysMLSimModel”。
3. 对于“a”、“m”和“f”部分，在“值”列中：将“a”和“m”设置为“PhSConstant”，（可选）将“f”设置为“PhSVariable”。
4. 在“仿真”选项卡的“要绘制的属性”面板中，选中“f”复选框。
5. 单击求解按钮运行模拟。

应A f = 98. 1 （来自 10 * 9.81）绘制图表。

连接约束属性

在 SysML 中，ConstraintBlocks 中存在的约束属性可用于在定义约束时提供更大的灵活性。

在这个图中，ConstraintBlock ' K ' 定义了参数'a'、'b'、'c'、'd'和'属性'，以及三个约束'eq1'、'eq2'和'eq3'，类型为'K1 '、'K2' 和 'K1MultiplyK2' 分别。

在 ConstraintBlock ' K ' 中创建一个参数图，并使用捆绑连接器将参数连接到约束属性，如图所示：

• 创建具有五个属性（零件）的模型属性
• 为属性创建一个约束属性 'eq' 并显示参数
• 将属性绑定到参数

• 在数据集中提供值 (arg_a = 2, arg_b = 3, arg_c = 4, arg_d = 5)
• 在“配置SysML仿真”对话框中，将“模型”设置为“MyBlock”，将“数据集”设置为“DataSet_1”
• 在“propertyto Plot”面板中，选中“属性”复选框
• 点击 Solve 按钮运行模拟

将计算并绘制结果 120（计算为 2 * 3 * 4 * 5）。这与我们用笔和纸进行扩展时相同： K = K1 * K2 = (x*y) * (p*q)，然后绑定值 (2 * 3) * (4 * 5)；我们得到 120。

有趣的是，我们有意将 K2 的方程定义为“p = K2 / q”，这个例子仍然有效。

在这个例子中，我们可以很容易地将 K2 求解为 p * q，但在一些复杂的例子中，从方程中求解变量是非常困难的；但是， Enterprise Architect SysMLSim 仍然可以做到这一点。

总之，该示例向您展示了如何通过构造约束属性来定义具有更大灵活性的 ConstraintBlock。虽然我们只在 ConstraintBlock 中演示了一层，但这种机制将适用于任意级别的复杂模型。

创建可重用的约束块

如果一个方程在许多块中通用，则可以创建一个 ConstraintBlock 用作每个块中的约束属性。这些是我们根据前面的示例所做的更改：

• 创建一个 ConstraintBlock元素'F_Formula' 具有三个参数 'a'、'm' 和 'f'，以及一个约束 'f = m * a'
  
  提示：如果属性类型为空，将应用原始类型 'Real'

• 用'x'、'y'和'z'三个属性创建一个块'属性'，并分别赋予'x'和'y'默认值'10'和'9.81'
• 在“FMA_Test”中创建一个参数图，显示属性“x”、“y”和“z”
• 创建一个 ConstraintProperty 'e1' 类型为 'F_Formula' 并显示参数
• 在'x-m'、'y-a'和'f-z'之间划捆绑连接器，如图所示：
  
  

• 在元素中创建一个工件并对其进行配置，如图所示：
  - 在“值”列中，将“FMA_Test”设置为“SysMLSimModel”
  - 在“值”列中，将“x”和“y”设置为“PhSConstant”
  - 在“要绘制的属性”面板中，选中“Z”复选框
  - 单击求解按钮运行模拟
  
  

应A f = 98. 1 （来自 10 * 9.81）绘制图表。

物理交互中的流动

在对物理相互作用进行建模时，应将电流、力、扭矩和流速等守恒物理物质的交换建模为流，并且应将流变量设置为属性“isConserved”。

连接建立两种不同类型的耦合，取决于流属性是潜在的（默认）还是流（守恒）：

• 等式耦合，用于潜在（也称为努力）属性
• 和零耦合，用于流（守恒）属性；例如，根据电学领域的基尔霍夫电流定律，电荷守恒使所有电荷流入一个和为零的点

在“ElectricalCircuit”示例的生成 OpenModelica 代码中：

连接器充电端口

流动电流 i； // 如果 'isConserved' = true 将生成流关键字

电压v；

结束充电端口；

电路模型

源；

电阻电阻器；

接地；

方程

连接（源.p，电阻器.n）；

连接（接地.p，源.n）；

连接（电阻器.p，源.n）；

结束电路；

每个连接方程实际上扩展为两个方程（ChargePort 中定义了两个属性），一个用于等式耦合，另一个用于和零耦合：

源.pv = 电阻器.nv;

源.pi + 电阻.ni = 0;

默认值和初始值

如果在 SysML属性元素（“属性”对话框 >“属性”页面 >“初始”字段）中定义了初始值，则它们可以作为 PhSConstant 的默认值或 PhSVariable 的初始值加载。

在这个 Pendulum 示例中，我们为属性“g”、“ L ”、“m”、“PI”、“x”和“y”提供了初始值，如图左侧所示。由于“PI”（数学常数）、“m”（摆锤的质量）、“g”（重力因子）和“ L ”（摆锤的长度）在模拟过程中不会发生变化，因此将它们设置为“PhSConstant”。

生成的 Modelica 代码如下所示：

类摆

参数 Real PI = 3.141；

                    参数 Real m = 1 ;

参数 Real g = 9.81 ;

参数 Real L = 0.5 ;

实F；

实数 x (start=0.5) ;

实 y (start=0) ;

真正的vx；

真正的 vy;

……

方程

……

结束摆；

• 属性'PI'、'm'、'g'和' L '是常数，并作为声明方程生成

• 属性“x”和“y”是可变的；它们的起始值分别为 0.5 和 0，初始值作为修改生成

仿真函数

仿真函数是编写复杂逻辑A有用工具，并且易于用于约束。本节介绍 TankPI 示例中的一个函数。

在 ConstraintBlock 'Q_OutFlow' 中，函数'LimitValue' 被定义并在约束中使用。

• 在块或约束块上，创建一个操作（本例中为“LimitValue”）并打开特征窗口的“操作”选项卡
• 给操作定型“SimFunction”
• 定义参数并将方向设置为“输入/输出”

提示：多个参数可以定义为'out'，调用者取值的格式为：

(out1, out2, out3) = function_name(in1, in2, in3, in4, ...); //方程形式

(out1, out2, out3) := function_name(in1, in2, in3, in4, ...); //报表形式

• 在属性窗口的“代码”选项卡的文本字段中定义函数体，如图：
  
  pLim :=
  如果 p > pMax 那么
  最大
  else如果 p < pMin 那么
  pMin
  else
  p;

生成代码时， Enterprise Architect将收集所有在 ConstraintBlocks 和 Blocks 中定义为“SimFunction”的操作，然后生成类似于以下内容的代码：

函数极限值

输入Real pMin；

输入真实 pMax；

输入实数 p;

输出实 pLim；

算法

pLim :=

如果 p > pMax 那么

最大

else如果 p < pMin 那么

pMin

else

p;

结束极限值；

价值分配

该图显示了一个名为“力=质量*加速度”的简单模型。

• 块“FMA” A属性“a”、“f”和“m”以及约束属性“e1”建模，输入约束块“F_Formula”
• 块'FMA'的属性没有设置任何初始值，并且属性'a'、'f'和'm'都是可变的，所以它们的值变化取决于它们被模拟的环境
• 创建一个块'FMA_Test'作为SysMLSimModel并添加属性'fma1'来测试块'FMA'的行为
• 约束'a_value' 为' sin (time)'
• 约束'm_value'为' cos (time)'
• 划分配连接器将值从环境分配到模型'FMA'

• 选中针对“fma1.a”、“fma1.m”和“fma1.f”的“要绘制的属性”复选框
• 单击求解按钮以模拟模型

包导入

工件选择一个包的元素（如Blocks、ConstrainBlocks和Value Types）如果模拟依赖于不属于这个包的元素，比如Reusable库， Enterprise Architect在包元素之间提供了一个导入连接器来满足这个需求。

在电气电路示例中，工件被配置为“ElectricalCircuit”包，其中包含模拟所需的几乎所有元素但是，一些属性被键入为值类型，例如“电压”、“电流”和“电阻”，这些值类型在多个 SysML 模型中常用，因此放置在单个 SysML 模型之外的一个名为“CommonlyUsedTypes”的包中。如果使用导入连接器导入此包，则导入包中的所有元素都将出现在导入配置管理器中。

了解更多

• OpenModelica集成
• SysML仿真实例