如何在Modelica的模型中使用unit属性？ 动机

Modelica将测量单位（例如国际单位制和非国际单位制）存储为变量的属性。以下是非SI单位的示例：

type Time_months = Real( quantity = "Time", unit = "mo", displayUnit = "months" )

因为对于经济学中的模型来说，以秒为单位给出速率是非常合适的，所以我想写一个相当通用的单位转换函数，它允许转换时间单位。因此，理想情况下，转换为另一个时基的函数应使用三个输入和一个输出：

input Real timeValue "the value of time to be converted";
input String timeBaseA "the time base for timeValue, e.g. \"mo\" ";
input String timeBaseB "the time base to convert to, e.g. \"yr\" ";
output Real convertedTimeValue "the result of the conversion";

问题 如果我们假设某个时间值的变量已经具有特定的单位属性（例如“mo”），那么在模型中使用该元信息是有意义的

问题1：如何在模型中访问单元等元信息？

理想情况下，类似于以下内容的内容会很好：

String timeBaseA := timeValue.unit;

或

问题2：如何在函数中分配单元等元信息？

在本例中，我们当然希望以正确的时间单位返回输出值。因此，理想情况下，我们希望：

output Real convertedTime( quantity = "Time", unit = strTimeBaseB )

不幸的是，使用

输入将产生错误，因为可变性不同：单位属性应具有恒定可变性，但输入变量具有参数可变性。（使用一个函数——这很好——也会因为同样的原因失败。）
关于问题1：
我从未使用过Wolfram SystemModeler，但Modelica语言规范3.4在第4.8章（预定义类型和类）中说：

预定义变量类型（实数、整数、布尔值、字符串）的属性。。。无法使用点表示法访问，并且不受方程和算法部分的约束

关于问题2：
我认为只有从文字或最终参数定义声明变量的单位才有可能——至少这是我在Dymola中观察到的

备选方案-使用操作员记录
您可以使用操作员记录执行任务。这将允许您以秒为单位存储时间，并在使用该值时将其转换为所需的时间

操作员记录允许您定义多个函数来创建它们、比较或添加它们、转换为字符串等

请参阅下面的简要示例，其中定义了运算符记录时间，可以使用两个不同的构造函数从秒或天创建，并可以转换为带天或秒的字符串

operator record Time
  Integer s "Second";

  encapsulated operator 'constructor'
    import Time;

    function from_s
      input Integer s "Seconds";
      output Time t(s=s);
    algorithm 
    end from_s;

    function from_d
      input Integer d "Days";
      output Time t(s=d*24*3600);
    algorithm 
    end from_d;
  end 'constructor';

  encapsulated operator 'String' "Convert Time to string"
    import Time;

    function formated
      input Time t;
      input String format = "s" annotation(choices(choice="s" "seconds", choice="d" "days"));
      output String str;

    algorithm 
      if format == "d" then
        str :=String(t.s/24/3600);
      else
        str :=String(t.s);
      end if;
    end formated;
  end 'String';

  encapsulated operator function '==' "Compare time records"
    import Time;
    input Time t1;
    input Time t2;
    output Boolean result "= t1 == t2";
  algorithm 
    result := t1.s == t2.s;
  end '==';

end Time;

用法：

import Modelica.Utilities.Streams.print

t1 = Time(d=12)  // create record using day constructor
t2 = Time(s=3600*24*2)  // create record using second constructor

print(String(t1, format="s"))  // prints 1036800
print(String(t1, format="d"))  // prints 12
print(String(t2, format="s"))  // prints 172800
print(String(t2, format="d"))  // prints 2

有关详细信息，请参见Modelica规范3.4第14章“重载运算符”

注：这是使用Dymola 2019进行测试的，而不是使用Modelica中的Wolfram SystemModeler进行测试，通常每个变量都是基于国际单位制计算的。然后您可以使用
displayUnits
以不同的单位绘制它们（不影响实际计算）

我不知道SystemModeler，但在Dymola中，
单位
（计算）和
显示单位
（仅用于打印）之间的转换由预定义脚本（
displayUnit.mos
）处理。用户可以扩展它以包含自定义显示单元。与时间相关的显示单位代码如下所示。我将其扩展为在预定义的基础上增加一周（
w
）

// Syntax:
// defineUnitConversion(<unit>, <derived unit>, <scale>, <opt. offset>);

// Time
defineUnitConversion("s", "ms", 1000);
defineUnitConversion("s", "min", 1/60);
defineUnitConversion("s", "h", 1/3600);
defineUnitConversion("s", "d", 1/86400);
defineUnitConversion("s", "w", 1/604800);

//语法：
//定义单位转换（，）；
//时间
定义单位转换（“s”、“ms”、1000）；
定义单位换算（“s”、“最小”，1/60）；
定义单位转换（“s”、“h”、1/3600）；
定义单位转换（“s”、“d”，1/86400）；
定义单位转换（“s”、“w”，1/604800）；

然后可以在绘图中手动选择，或通过
Modelica.SIunits.Time t（displayUnit=“w”）=…；将其作为默认的“显示单元”

缺点是，此扩展必须在安装目录中的文件中完成。因此，在重新安装工具后或使用其他计算机时，必须再次对其进行更改

如果有数字原因不在几秒钟内计算解决方案（例如，因为值会变大），则解决方案将是
nominal
属性，该属性支持变量的缩放

顺便说一句：我认为月不是一个很好的时间单位，因为它们可以有28到31天。这就是我在示例中选择weeks的原因。
您可以像在MSL中一样使用转换，例如函数Modelica.SIunits.Conversions.to_degC，其签名为：

function to_degC
  input Temperature Kelvin "Kelvin value";
  output NonSIunits.Temperature_degC Celsius "Celsius value";
end to_degC;

这是可行的，但对于每个要在其中转换的单位，您需要一个这样的函数（这就是为什么大多数计算都使用SI单位）。
我在Wolfram社区交叉发布了一个类似的（尽管范围更广）问题。谢谢，这很有帮助。由于我在Wolfram社区上读到了一些关于“询问开发人员”关于包含自动转换（displayUnit）的帖子，我不确定SystemModeler中的适用性。“秒”对于系统动力学模型（我主要是这样做的）来说是akward，对于跨越10年以上的战略模型来说，关于月份的不精确性可以忽略不计（在金融领域，一年中的天数如何计算和分配还很不清楚：）。有没有办法修改这方面的内置可变时间（例如displayUnit）？不是我直接从代码中知道的。在Dymola中，至少可以通过改变启动/停止时间的单位在模拟设置中进行更改。同样地，它可以通过在图中的右击和改变“时间单位”…+ 1来改变，使我考虑操作员记录。它看起来确实优雅的转换。我的这类模型（通常以年为单位定义）的更深层次的问题似乎是一个缩放问题，因为每年计算1.585489e-7而不是5个单位似乎有点荒谬。对于缩放问题，名义属性被发明了，也许这会有所帮助。嗯，我想在这里更方便一点，避免可能由于不必要的操作而产生的数值错误。但是，当然，我总是可以通过
时间到达任何时基
function to_degC
  input Temperature Kelvin "Kelvin value";
  output NonSIunits.Temperature_degC Celsius "Celsius value";
end to_degC;