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Konzepte zur Strukturierung
Gut geeignet ist diese Beschreibungsform für alle typischen Signalflusssysteme. Dies sind
Systeme, deren Komponenten mit gerichteten, rückwirkungsfreien Verbindungen Informationen
austauschen.
Die Berücksichtigung anderer, nicht rückwirkungsfreier Verkopplungen, wie sie häufig aus
phänomenologischen Gesetzen folgen, führt zu einer Aufweichung der scharfen Trennung
zwischen Koppel- und Komponentengleichungen. Die phänomenologischen Gesetze, müssen,
wie im Beispiel (Abb. 18) gezeigt wurde, von den Komponentenmodellen absorbiert
werden. Die Transparenz des Ansatzes geht verloren.
Dieser Verbindungstyp bildet die Grundlage blockschaltbildorientierter Simulationssysteme.
Haupteinsatzgebiet ist die Regelungstechnik. Graphisch dargestellte Komponentenmodelle
mit starrer Festlegung von Ein- und Ausgangsvariablen und klar definierter Wirkungsrichtung
werden in Blockschaltbildern verschaltet.
Die Modellerstellung ist recht aufwändig. Zunächst muss eine geeignete mathematische
Struktur manuell aus den physikalischen Beziehungen abgeleitet werden. Insbesondere bei
großen komplexen Systemen ist dies zeitaufwändig und fehleranfällig. Zudem sind Modelle
nur in beschränktem Maße wiederverwendbar; denn schon bei der Modellerstellung muss
eine Festlegung aller Eingangs- und Ausgangsgrößen erfolgen. Bei nur leicht veränderter
Aufgabenstellung ist ein Neuentwurf notwendig.
3.2.3 Energieflussverknüpfung
E x
i · Komponentenmodell i, mit i=1 ...n
u
ki
i
= f ( x , u , u ) y
i i ki i ki
u
i
y = c ( x , u )
ki ki i ki
Topologiebeziehungen
( 1)
u
ki
=
B
ˆ
y1 ˆ
i
T … yˆ M T
, ,
T
Koppelbaustein j, mit j=1 ...m
u ˆ
yˆ j
j
K yˆ = hˆ ( uj ˆ )
j j j
uˆ =
j
C
ˆ
j
T T
yk1 , …, ykN
T
(2)
( 2)
u
ki
= D
ˆ
i
T T T T T
(3)
yk1 , …, yk , yk , …, ykN
i-1 i+1
u =
ki
( 1)
( 2)
u + u
ki ki
(4)
Abbildung 19: Komponentenmodell und Koppelbaustein bei der Energieflussverknüpfung.
Die Verkopplungen sind gerichtet, aber durch das Auftreten algebraischer
Schleifen nicht rückwirkungsfrei.
Neu eingeführt werden die Eingangs- und Ausgangsgrößen der Koppelbausteine
( ûj) bzw. ( yˆ
j)
(nach [Pan-99]).
Bei der Energieflussverknüpfung werden die überwiegend aus phänomenologischen Gesetzen
stammenden physikalischen Verknüpfungen in Form eigenständiger, verhaltensbehafteter
Modellbausteine beschrieben [PJD-94].
(1)
32