Modelica建模软件形成的高指标微分代数方程系统指标约简算法研究

随着产品设计的复杂化，应用领域中的数学建模和仿真越来越重要，传统建模方法基于赋值语句，主要考虑单一系统，工程人员需要对程序设计语言和算法求解有相当程度的熟悉，这导致了传统建模方法很难满足复杂产品设计的需要。欧洲仿真界的学者在总结现有建模方法的基础上于1997年推出了一种面向对象的、陈述式的基于方程的语言——Modelica，Modelica语言支持多领域建模，Modelica语言得到了仿真领域众多厂商的支持，成为统一建模领域的事实标准，实现Modelica仿真环境具有重大意义。 编译器是Modelica仿真环境中的核心组件，Modelica编译器会产生高指标DAE系统，除了部分特殊结构的高指标DAE，现有求解器一般不能对通用高指标DAE直接求解，现在一般做法是先对高指标DAE进行指标约简，将其转换成等价的低指标DAE，然后进行求解。这就要求Modelica编译器具有指标约简的功能，以便利用现有求解器进行求解。 本文介绍了几种现有的指标约简算法，给出了各个算法指标约简原理和约简步骤，并对这些算法进行了分析和比较，得出各自的优缺点。最后，本文设计并实现了一个指标约简系统，采用三个Modelica模型产生的方程对系统进行了测试，并验证了实验结果的正确性。