创建参数模型

在本主题中，我们讨论如何开发用于仿真的SysML模型元素（假设有SysML建模的现有知识），如何在“配置SysML仿真”窗口中配置这些元素，以及在某些不同的定义和建模方法下观察仿真的结果。这些点由本章提供的SysML Simulation示例中的图表和屏幕快照来说明。

创建参数模型时，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
• 创建可重复使用的约束块，以及
• 使用连接的约束属性

您还将考虑：

• 物理互动中的流程
• 默认值和初始值
• 模拟功能
• 价值分配，以及
• 包装和进口

访问

在块上定义内联约束方程

直接在块中定义约束非常简单，并且是定义约束方程式的最简单方法。

在此图中，在块元素中定义了约束'f = m * a'。

提示：您可以在一个块中定义多个约束。

1. 创建SysMLSim配置工件'Force = Mass * Acceleration（1）并将其指向软件包'FMA_Test'。
2. 对于“ FMA_Test”，在“值”列中设置“ SysMLSimModel”。
3. 对于零件“ a”，“ m”和“ f”，在“值”列中：将“ a”和“ m”设置为“ PhSConstant”，（可选）将“ f”设置为“ PhSVariable”。
4. 在“模拟”选项卡上的“绘图属性”面板中，选中“ f”复选框。
5. 单击求解按钮运行模拟。

图表应绘制为f = 98.1（来自10 * 9.81）。

关联约束属性

在SysML中，约束块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。

在此图中，约束块“ K”定义了参数“ a”，“ b”，“ c”，“ d”和“ KVal”，以及三个约束属性“ eq1”，“ eq2”和“ eq3”，键入为“ K1”，“ K2”和“ K1MultiplyK2”。

在约束块“ K”中创建一个参数图，并使用绑定连接器将参数连接到约束属性，如下所示：

• 创建具有五个属性（零件）的模型MyBlock
• 为MyBlock创建约束属性'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“要绘制的属性”面板中，选中“ arg_K”复选框
• 单击求解按钮以运行模拟

将计算并绘制结果120（计算为2 * 3 * 4 * 5）。这与使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的等式定义为'p = K2 / q'，此示例仍然有效。

在此示例中，我们可以轻松地将K2求解为p * q，但是在某些复杂的示例中，很难从方程式中求解变量。但是， Enterprise Architect SysMLSim仍然可以正确解决。

总之，该示例向您展示了如何通过构造约束属性来更灵活地定义约束块。尽管我们仅演示了约束块中的一层，但此机制可以在任意使用级别的复杂模型上运行。

创建可重用约束块

如果一个方程式通常在许多块中使用，则可以创建一个约束块以用作每个块中的约束属性。这些是我们根据之前的示例进行的更改：

• 创建具有三个参数“ a”，“ m”和“ f”以及约束“ f = m * a”的约束块元素“ F_Formula”
  
  提示：如果属性类型为空，则将应用基本类型“ Real”

• 创建具有三个属性“ x”，“ y”和“ z”的块“ FMA_Test”，并将“ x”和“ y”的默认值分别设置为“ 10”和“ 9.81”
• 在“ FMA_Test”中创建一个参数图，显示属性“ x”，“ y”和“ z”
• 创建一个约束属性“ e1”，键入“ F_Formula”并显示参数
• 如图所示，在“ x-m”，“ y-a”和“ f-z”之间绘制绑定连接器：
  
  

• 创建一个SysMLSimConfiguration Artifact元素并按照对话框插图中所示进行配置：
  -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
  -单击求解按钮以运行模拟
  
  

图表应绘制为f = 98.1（来自10 * 9.81）。

身体互动中的流程

在为物理相互作用建模时，应将诸如电流，力，扭矩和流速之类的守恒物理物质的交换建模为流量，并且应将流量变量设置为“ isConserved”属性。

通过连接建立两种不同类型的耦合，具体取决于流量属性是电位（默认）还是流量（守恒）：

• 相等耦合，用于潜在（也称为努力）属性
• 总和零耦合，用于流动（守恒）特性；例如，根据电子领域的基尔霍夫电流定律，电荷守恒使得所有电荷流到一个总和为零的点上

在生成的“电子电路”示例的Modelica代码中：

连接器ChargePort

流电流i; //如果'isConserved'= true，将生成流关键字

电压v;

结束ChargePort;

模型电路

来源来源；

电阻电阻；

接地；

方程

连接（source.p，电阻器.n）;

connect（ground.p，source.n）;

connect（resistor.p，source.n）;

终端电路；

每个连接方程实际上都扩展为两个方程（在ChargePort中定义了两个属性），一个方程用于等式耦合，另一个方程用于零和耦合：

source.pv =电阻器.nv;

source.pi +电阻.ni = 0;

默认值和初始值

如果在SysML属性元素中定义了初始值（“属性”对话框>“属性”页面>“初始”字段），则可以将其作为PhSConstant的默认值或PhSVariable的初始值加载。

在该摆锤示例中，我们提供了属性“ g”，“ L”，“ m”，“ PI”，“ x”和“ y”的初始值，如图的左侧所示。由于“ PI”（数学常数），“ m”（摆锤的质量），“ g”（重力系数）和“ L”（摆锤的长度）在仿真过程中没有变化，因此请将它们设置为“ PhSConstant”。

生成的modelica代码类似于以下代码：

摆类

参数Real PI = 3.141;

                    参数Real m = 1 ;

参数实g = 9.81 ;

参数Real L = 0.5 ;

实数F;

实数x （开始= 0.5） ;

实数y （start = 0） ;

真实vx;

真正的vy；

......

方程

......

结束摆;

• 属性“ PI”，“ m”，“ g”和“ L”是常量，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，并且初始值作为修改生成

模拟功能

仿真功能是用于编写复杂逻辑的强大工具，并且易于用于约束。本节描述了TankPI示例中的函数。

在约束块“ Q_OutFlow”中，定义了函数“ LimitValue”，并将其用于约束中。

• 在块或约束块上，创建一个操作（在本示例中为“ LimitValue”），然后打开“功能”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：可以将多个参数定义为“输出”，并且调用方以以下格式检索值：

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

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

• 在“属性”窗口的“代码”选项卡的文本字段中定义函数主体，如下所示：
  
  pLim：=
  如果p> pMax，则
  最大值
  否则，如果p <pMin，则
  最小
  其他
  ;

生成代码时， Enterprise Architect将收集在约束块和块中定义为“ SimFunction”的所有构造型操作，然后生成类似于以下代码：

函数LimitValue

输入实数pMin;

输入实数pMax;

输入实数p;

输出Real pLim;

算法

pLim：=

如果p> pMax，则

最大值

否则，如果p <pMin，则

最小

其他

;

结束LimitValue;

价值分配

该图显示了一个称为“力=质量*加速度”的简单模型。

• 使用属性“ a”，“ f”和“ m”以及一个约束属性“ e1”（其类型为约束块“ F_Formula”）对“ FMA”块进行建模
• 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，因此它们的值更改取决于模拟它们的环境
• 创建一个块“ FMA_Test”作为SysMLSimModel并添加属性“ fma1”以测试块“ FMA”的行为
• 将'a_value'约束为'sin（time）'
• 将'm_value'约束为'cos（time）'
• 绘制分配连接器以将环境中的值分配给模型“ FMA”

• 选中“ fma1.a”，“ fma1.m”和“ fma1.f”的“绘图属性”复选框
• 单击求解按钮以模拟模型

包装和进口

SysMLSimConfiguration工件收集包的元素（例如，块，约束块和值类型）。如果模拟依赖于此Package不拥有的元素（例如可重用库），则Enterprise Architect在Package元素之间提供一个Import连接器来满足此要求。

在电路示例中，工件被配置为“电气电路”包，其中包含几乎所有仿真所需的元素。但是，某些属性被键入值类型，例如“电压”，“电流”和“电阻”，它们在多个SysML模型中通常使用，因此被放置在各个SysML模型外部的名为“ CommonlyUsedTypes”的程序包中。如果使用导入连接器导入此程序包，则导入的程序包中的所有元素将显示在SysMLSim配置管理器中。

学到更多

• 安装OpenModelica
• SysML仿真示例