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4.3 Dymola/Modelica 4.3.1 Die Entwicklungsumgebung 4.3.1.1 Charakteristika Charakterisierung und Auswahl einer Entwicklungsumgebung Die Dymola-Urversion wurde von H. Elmqvist schon im Jahr 1978 vorgestellt [Elm-78]. Ihre zentralen Charakteristika sind die gleichungsbasierte Implementierung der nicht berechnungskausalen Beschreibungsformen, die Definition von Modellen und Modellklassen zur wiederverwendungsorientierten Systementwicklung und vertikalen Strukturierung. Die Kausalitätszuordnung erfolgt mittels graphentheoretischer Methoden. Das Gleichungssystem wird mittels symbolischer Umformungen soweit wie möglich reduziert. Entscheidend für die Anwendbarkeit des Konzeptes waren die Arbeiten von Pantelides 1988 [Pan-88]. Er entwickelte einen Algorithmus zur Indexreduktion von DAE Systemen. Später kamen Ergänzungen zur Beschreibung hybrider Systeme hinzu. In Abb. 42 wird ein Überblick über das Dymola-Programmpaket gegeben. Die Vorbereitungen zur Simulation umfassen die Erstellung des physikalischen Ersatzmodells durch den Anwender, die automatische Erzeugung des mathematischen Modells und die Code-Erzeugung. Die Modellerstellung wird durch einen graphischen Editor unterstützt. Die Zuordnung der Module des Programmpaketes zu den einzelnen Schritten wird im folgenden erläutert. 4.3.1.2 Erstellung des physikalischen Ersatzmodells Dymola verfügt über einen graphischen Modelleditor mit dessen Hilfe das physikalische Ersatzmodell des zu beschreibenden Systems manuell vom Anwender erstellt wird. Dieses hat die Form eines Objektdiagrammes (Abb. 42). Innerhalb des Objektdiagramms befinden sich einzelne Komponenten, die letztendlich Abbilder realer technischer Komponenten des zu beschreibenden Systems darstellen. Es kann sich um einzelne Anlagenkomponenten, Aggregate, technische Maschinen oder Bauteile handeln. Diese werden, sofern sie einzelne Komponenten aggregieren, durch eigene Objektdiagramme beschrieben. Diese hierarchische Strukturierung ermöglicht eine realitätsnahe Beschreibung, die das intuitive, bausteinorientierte Verständnis einer technischen Anlage unterstützt. Am Ende der Aggregationshierarchie gelangt man zu atomaren Komponenten. Erst in diesen wird das physikalische Verhalten in Form physikalischer Gesetzmäßigkeiten spezifiziert. Die Wechselwirkung der realen technischen Komponenten wird in den Objektdiagrammen, also auf Modellebene, durch Verbindungslinien beschrieben. Die Verbindungslinien repräsentieren echte physikalische Verbindungen wie beispielsweise Flansche, Wellen, Rohrleitungen oder Kabel. Längs dieser Verbindungslinien werden die Massen-, Energie- oder Informationsflüsse ausgetauscht. Als nicht berechnungskausale Simulationsumgebung fordert der Dymola-Editor an dieser Stelle keine Definition einer Flussrichtung. Allerdings kann sie im Einzelfall festgelegt werden, falls das reale System über eine offensichtliche, zwingende Flussrichtung verfügt. Die Tätigkeit der Modellerstellung wird unterstützt durch hierarchisch strukturierte Komponentenbibliotheken. Durch Selektion einer geeigneten Komponente, ihrer Anpassung an die Charakteristika ihres aktuellen Einsatzortes - beispielsweise durch Festlegung geeigneter Systemparameter und ihrer Verschaltung im Objektdiagramm - wird die graphische Modellspezifikation erstellt. Der Anwender erstellt so das physikalische Ersatzmodell. 58
Erstellung des physikalischen Ersatzmodells Komponenten- Bibliothek Graphische Darstellung, Animation Modelleditor Charakterisierung und Auswahl einer Entwicklungsumgebung Objektdiagramm automatisch Erzeugung des mathematischen Modells Simulationsparameter Simulation automatisch Codegenerierung Dymosim Dymodraw Texteditoren Systemparameter Physikalische Gleichungen Simulationssteuerung Simulation Modellparameter Anfangswerte andere Umgebungen Abbildung 42: Erstellung eines mathematischen Modells unter Dymola Neben dem Einsatz vorgefertigter Bibliothekskomponenten ist bei Neuentwürfen atomarer Komponenten das physikalische Verhalten zu implementieren. Hier ist neben der Unterscheidung der Schnittstellenvariablen in Potential- und Flussvariablen die gleichungsbasierte Beschreibung ihrer Zusammenhänge entsprechend allgemeingültiger physikalischer Gesetzmäßigkeiten erforderlich. 59
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Objektorientierte Modellierung ther
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Erklärung Die vorliegende Arbeit w
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4.1.2.3 Hydraulische Anlage 43 4.1.
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8 Literatur A [Agu-02] Agustina, S.
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D [DuBe-74] Duffie J.A., Beckman W.
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J [JeBo-97] Jeandel, A., Boudaud, F
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[Mod-02] Modelica - a unified objec
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[StMi-71] Stepheson D.G., Mitalas G
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9 Anhang 9.1 Die physikalischen Gru
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Für eine äußere harmonische Stö
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R Θ1 = coshξ ⋅ Θ2 -- sinhξ Q
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A Ys ( ) Gs ( )Us ( ) s 2 = = -----
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Persönliche Daten Dr. Rolf Mathias
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