MWORKS API与工业应用开发 课件 第2章 MWORKS平台及API简介

第2章MWORKS平台及API简介2024.04MWORKSAPI与工业应用开发MWORKS开放平台架构01主要内容CONTENTS02科学计算API及其技术架构建模仿真API及其技术架构03MWORKS开放平台架构01MWORKS系列产品科学计算与系统建模仿真平台MWORKS由四大系统级产品及系列扩展工具箱和模型库组成。MWORKS系列产品系统架构设计环境MWORKS.Sysbuilder提供需求架构-功能架构-逻辑架构建模功能与专业设计、系统集成、方案评估功能，支持用户开展方案论证并实现基于模型的系统设计与验证闭环系统建模仿真环境MWORKS.Sysplorer提供物理系统建模、编译分析、仿真求解、后处理功能以及丰富的扩展接口，支持用户开展产品多领域物理模型开发、虚拟集成、多层级方案仿真验证、方案分析优化，并进一步为产品数字孪生模型的构建与应用提供关键支撑MWORKS系列产品科学计算环境MWORKS.Syslab提供科学计算编程、编译、调试和绘图功能，内置矩阵等数学运算、符号计算、曲线拟合、优化及绘图函数库，支持用户开展科学计算、数据分析、算法设计，并进一步支持信息物理融合系统的计算与仿真协同建模与模型数据管理环境MWORKS.Syslink提供协同建模、模型管理、在线仿真和数据安全管理功能，为系统研制提供基于模型的在线计算与仿真协同环境。打破单位与地域障碍，支持团队用户开展跨层级的协同仿真，为各行业的数字化转型全面赋能MWORKS.Syslab与科学计算Syslab支持多范式统一编程，简约与性能兼顾，内置通用编程、数学、符号数学、曲线拟合、信号处理、通信等函数库；用于科学计算、数据分析、算法设计、机器学习等领域，并通过内置丰富的图形进行数据可视化MWORKS中开发模块的方式有SyslabFunction与SyslabFIM两种MWORKS.Syslab与科学计算SyslabFunction是一种将外部语言（C/C++、Julia、Python）函数封装为Modelica函数模块的机制。SyslabFunction基于Modelica外部函数语义实现，在数据映射、接口模块和工具功能方面都做了增强。MWORKS.Syslab与科学计算SyslabFunction包含SyslabGlobalConfig与SyslabFunction两个模型SyslabGlobalConfig：用于为系统中的Julia函数提供全局声明，例如导入包或声明全局变量。SyslabFunction：用于嵌入Julia函数，并将SyslabFunction模块的输入和输出数据指定为参数和返回值。系统仿真每推进一步都会调用该Julia函数。SyslabGlobalConfig初始化示意图SyslabFunction函数编辑示意图MWORKS.Syslab与科学计算系统包含时间联系、离散的变量和方程，要在仿真过程中同时考虑时间推进和事件处理，这种系统模块属于物理系统，此时应采用SyslabFMI机制该机制提供了一套完整的工具，支持用外部语言实现FMI接口，并将其导出FMU，进一步封装为系统模块MWORKS.Sysplorer与系统建模MWORKS.Sysplorer是新一代多领域工程系统建模、仿真、分析与优化通用CAE平台，基于多领域统一建模规范Modelica，提供了从可视化建模、仿真计算到结果分析的完整功能MWORKS.Sysplorer与系统建模MWORKS.Sysplorer功能特征多工程领域的系统建模多文档多视图建模环境多种形式建模支持可定制的模型库物理单位推导与检查仿真代码自动生成结果分析与后处理硬件在线仿真良好的可扩展性MWORKS.Sysplorer与系统建模MWORKS.Sysplorer应用领域MWORKS.Sysplorer平台提供的基础元器件模型库覆盖了机械、电子、控制、热力学、电磁等学科领域，并通过了实验验证车辆动力学库异步电机模型库航空液压模型库MWORKS.Sysplorer与系统建模MWORKS工具箱简介依托MWORKS平台软件,提供过程集成、试验设计与优化、PHM、VV&A、半物理、联合仿真及数据可视化等丰富的实用工具箱，满足多样化的数字化设计、分析、仿真及优化需求。MWORKS.Sysplorer/FMI联合仿真MWORKS.Sysplorer/分布式联合仿真MWORKS.Sysplorer/插件与API三维CAD模型转换工具KineTransMWORKS开放平台架构“MWORKS平台”从底层算法到上层应用均采用完全开放策略，提供开放的系统架构，定义了一套科学计算与系统建模仿真平台架构和接口标准化方案，支持开发者基于统一的接口规范，以一致的方式开发函数库、模型库和APP，实现平台共建，丰富应用生态内核层平台层应用层科学计算API及其技术架构02科学计算API及其技术架构科学计算环境平台API支持对平台的界面、业务逻辑、数据等不同层次接口调用，也支持APP的扩展开发和集成。按功能划分为基础API、数学API、图形API、APP构建API科学计算API及其技术架构基础API提供了科学计算最基础的功能，包括命令行控制，科学计算语言基础、平台环境和设置操作、数据导入导出和分析的功能、以及外部语言接入和调用的功能。数学API提供科学计算核心的专业数学计算函数。图形API提供可视化绘图的功能。APP架构APIAPP构建API提供APP开发、打包、部署、运行相关的功能。科学计算API及其技术架构输入命令输入命令指在Syslab中工作时可以发出创建变量和调用函数的命令科学计算API及其技术架构ans科学计算API及其技术架构环境和设置环境和设置API主要包括预设和设置科学计算API及其技术架构科学计算API及其技术架构数据导入和分析导入和导出数据包括大文件；预处理数据、可视化和浏览（1）数据导入和导出：文本文件和其他文件格式函数名说明read_serial_port从串行端口设备读取数据write_serial_port将数据写入串行端口设备科学计算API及其技术架构数据导入和分析导入和导出数据包括大文件；预处理数据、可视化和浏览（2）描述性统计量：范围、集中趋势、标准差、方差、相关性函数名说明maxk计算数组的k个最大元素median数组的中位数值mink计算数组的k个最小元素mode数组中出现次数最多的值movsum移动总和科学计算API及其技术架构数据导入和分析导入和导出数据包括大文件；预处理数据、可视化和浏览（3）大型文件和大数据：访问和处理文件集合以及大型数据集函数名说明add向KeyValue中添加单个键-值对组科学计算API及其技术架构数据导入和分析导入和导出数据包括大文件；预处理数据、可视化和浏览（4）数据预处理：数据的清理、平滑处理和分组函数名说明fillmissing填充缺失值rmmissing删除缺失的条目standardizemissing插入标准缺失值科学计算API及其技术架构基础API提供了科学计算最基础的功能，包括命令行控制，科学计算语言基础、平台环境和设置操作、数据导入导出和分析的功能、以及外部语言接入和调用的功能。数学API提供科学计算核心的专业数学计算函数。图形API提供可视化绘图的功能。APP架构APIAPP构建API提供APP开发、打包、部署、运行相关的功能。科学计算API及其技术架构初等数学三角学、指数和对数、复数值、舍入、余数、离散数学初等数学函数包括支持算术运算（+、-、*、...）的功能、数学常量函数（Inf、pi、…）、多项式运算函数（poly、roots、…）以及特殊的数学函数（如gamma和beta）科学计算API及其技术架构函数名说明+ 添加数字，追加字符串sum数组元素总和cumsum累积和- 减法diff差分和近似导数.*乘法* 矩阵乘法cumprod累积乘积pagemtimes按页矩阵乘法prod数组元素的乘积./数组右除.\数组左除^矩阵幂'复共轭转置transpose转置向量或矩阵pagetranspose按页转置pagectranspose按页复共轭转置科学计算API及其技术架构线性代数线性方程、特征值、奇异值、分解、矩阵运算、矩阵结构。Syslab

中的线性代数函数提供快速且数值稳健的矩阵计算。功能包括各种矩阵分解、线性方程求解、计算特征值或奇异值等科学计算API及其技术架构函数名说明inv矩阵求逆pinvMoore-Penrose伪逆\求解关于x的线性方程组Ax=B/求解关于x的线性方程组xA=Blinsolve对线性方程组求解lscov存在已知协方差的最小二乘解lsqnonneg求解非负线性二乘问题sylvester求解关于X的Sylvester方程AX+XB=C科学计算API及其技术架构随机数生成使用rand和randn函数创建伪随机数序列，使用randperm

函数创建随机置换整数向量。科学计算API及其技术架构函数名说明mt19937armt19937ar随机种子算法rand均匀分布的随机数randi均匀分布的伪随机整数randn标准正态分布的随机数randg标准高斯分布的随机数randperm随机排列bitrand生成一个随机布尔值的BitArrayrandpermk整数的随机排列科学计算API及其技术架构基础API提供了科学计算最基础的功能，包括命令行控制，科学计算语言基础、平台环境和设置操作、数据导入导出和分析的功能、以及外部语言接入和调用的功能。数学API提供科学计算核心的专业数学计算函数。图形API提供可视化绘图的功能。APP架构APIAPP构建API提供APP开发、打包、部署、运行相关的功能。科学计算API及其技术架构二维和三维图绘制连续、离散、曲面以及三维体数据图。使用绘图以可视化形式呈现数据。例如，您可以比较多组数据、跟踪数据随时间所发生的更改或显示数据分布。科学计算API及其技术架构函数名说明plot二维线图plot3三维点或线图stairs阶梯图errorbar含误差条的线图ezplot易用的函数绘图函数area填充区二维绘图科学计算API及其技术架构图形对象通过设置底层对象的属性自定义图形。图形对象是Syslab

用来创建可视化数据的组件。每个对象在图形显示中都具有特定角色。例如，一个线图包含一个图窗对象、一个坐标区对象和一个图形线条对象。科学计算API及其技术架构函数名说明get查询图形对象属性set设置图形对象属性科学计算API及其技术架构基础API提供了科学计算最基础的功能，包括命令行控制，科学计算语言基础、平台环境和设置操作、数据导入导出和分析的功能、以及外部语言接入和调用的功能。数学API提供科学计算核心的专业数学计算函数。图形API提供可视化绘图的功能。APP架构APIAPP构建API提供APP开发、打包、部署、运行相关的功能。科学计算API及其技术架构App管理APP管理定义了一套在科学计算环境中安装、卸载、运行Apps的Julia语言接口。科学计算API及其技术架构函数名说明init_syslabapp初始化App环境AppInfoApp模型定义install注册并安装Appuninstall卸载名称为name的Appget_apps查询用户注册的所有App列表信息get_app查询名称为name的App的信息start启动名称为name的Appdisable禁用名称为name的Appenable启用名称为name的App建模仿真API及其技术架构03建模仿真API及其技术架构系统建模仿真环境平台层API是MWORKS.Sysplorer供开发者和外部系统调用的标准接口。按照工作流分为模型文件、参数操作、属性获取、元素及属性判定、属性查找、编译仿真、结果数据查询、图形组件类和系统配置共9类API。建模仿真API及其技术架构建模仿真API及其技术架构模型文件操作模型文件操作，主要为对模型底层文件进行新建、打开、加载、卸载等相关模型文件操作。函数名说明OpenFile用于打开模型文件(mo,bmf,mef)NewModel新建模型文件LoadMoLibrary加载模型库(mo)SaveModel将修改内容保存到模型底层文件中UnloadModel卸载已加载或打开的模型建模仿真API及其技术架构打开模型文件功能用于打开模型文件说明用于打开模型，包括mo，bmf，mef类型的模型，以及加密模型都应该使用该接口打开模型。调用该接口打开模型之前需使用LoadMoLibrary加载相关依赖的模型库。输入参数strFile模型文件物理路径输出参数ture或false模型是否打开成功示例MwClassManager*classMgr=newMwClassManager();classMgr->Initialize();QStringstr_file=“C:\\Users\admin\Documents\\MWORKS\\PID_Controller.mo”classMgr->GetMoHandler()->OpenFile(str_file.toStdWString());建模仿真API及其技术架构模型参数操作模型参数操作主要为用于获取模型参数值，并可修改模型相关参数值。函数名说明GetParamValue获取模型值SetParamValue设置模型参数值建模仿真API及其技术架构模型属性获取对模型内部属性进行相关获取如获取模型的key，全名，以及模型的父类等属性获取。函数名说明GetKeyByTypeName根据模型的名称获取模型keyGetFullnameProp获取模型或元素的全名GetTopClassInFile获取文件中的顶层GetTopClassInFileByKey获取顶层父类建模仿真API及其技术架构编译仿真类对模型实现底层检查模型文本、编译模型操作。函数名说明CheckModel检查模型文本CompileModel编译模型建模仿真API及其技术架构结果数据查询类模型仿真结果类：包含模型所有变量的仿真结果数据。函数名说明ApplyExperimentData应用仿真设置GetVarTreeRoot获取根节点InitializeSimInst初始化仿真实例GetVarData读取结果变量建模仿真API及其技术架构图形组件类模型视图管理类：责显示模型的图标视图，组件视图和文本视图，并提供模型编辑功能。函数名说明CloseMoWindow关闭模型窗口OpenMoWindow打开模型窗口CloseCurrentWindow关闭当前窗口CloseAllWindow关闭所有窗口SetMdiInterface设置视图接口