Modelica Kurs
Die Vision
Ein wohlgeordneter Baukasten, gegliedert in verschiedene Bereiche wie Mechanik, Elektrodynamik oder Thermodynamik, bestehend aus hunderten von erprobten Modellen, die sich mit verschiedenen Tools wie Dymola, SimulationX, MapleSim, WolframSystemModeler, OpenModelica, JModlica simulieren lassen, ist das eigentliche Ziel von Modelica. Diese einheitliche und umfassende Sprachdefinition erlaubt den Austausch von Modellen untern Partnern einer Lieferkette oder zwischen Forschungsgruppen verschiedener Hochschulen. An dieser Vision arbeitet eine stetig wachsende Gemeinschaft von Ingenieuren, Informatiker und Mathematiker seit bald 20 Jahren. Ziel dieses Kurses ist eine umfassende aber dennoch zielgruppenspezifische Einführung in die Sprache Modelica. Der Kurs gliedert sich folglich in einen Basislehrgang und verschiedene weiterführende Lerneinheiten. Videos, welche die Theorie rekapitulieren, einzelne Anwendungen erläutern oder Simulationsergebnisse vorstellen, sind integraler Bestandteil dieses Kurses.
Was ist Modelica?
Modelica ist ein objektorientierte, hybride Modellierungssprache für komplexe technische Systeme. In Modelica wird das Verhalten von Bauteilen aus der Hydrodynamik, der Pneumatik, der Mechanik, der Elektrodynamik oder der Thermodynamik gleichungsbasiert beschrieben und in Bibliotheken (Libraries) abgelegt. Der Anwender entnimmt die einzelnen Bauteile den Bibliotheken, fügt sie über Verbindungselemente (Konnektoren) zusammen, konfiguriert und parametrisiert sie neu und simuliert das Gesamtmodell mit einem geeigneten Tool. Wie weit dieses Modellieren nach dem Lego-Prinzip funktioniert, hängt von der Mächtigkeit der Bibliotheken und von den Fähigkeiten der Tools ab. Dieser Kurs soll die Anwender befähigen, Bauteile an die eigenen Bedürfnisse anzupassen, neue Elemente hinzuzufügen und schlussendlich eigene Bibliotheken zu schreiben.
Video: Einführung in Modelica mit Dymola
Systemphysik
Die Systemphysik ist von Hans U. Fuchs und Werner Maurer auf der Grundlage des Karlsruher Physikkurses am Technikum Winterthur (später ZHW, heute ZHAW) entwickelt worden. Die Systemphysik stellt die Bilanz mengenartiger Grössen wie Masse, Volumen, elektrische Ladung, Impuls, Drehimpuls, Stoffmenge und Entropie sowie die Verknüpfung dieser Mengen mit der Energie ins Zentrum. Die konkerete Verbindung einer Mengen mit der Energie wird beim Transport formuliert:
- Energiestrom gleich Stromstärke der Menge mal zugehöriges Potential
wobei zu jeder Menge das entsprechende Potential (Gravitationspotential, Druck, elektrisches Potential, Geschwindigkeit, Winkelgeschwindigkeit, chemisches Potential, absolute Temperatur) genommen werden muss. Die Systemphysik liefert mit ihren neuen und innovativen Darstellungsmethoden die theoretschen Grundlagen für eine Modellierungsmethode, wie sie in Modelica und auch in andern Sprachen wie VHDL-AMS und Verilog-AMS Anwendung findet.
Video: Systemphysik als Basis von Modelica
Konnektor
Die Konnektoren sind die Angelpunkte oder Basiselemente von Modelica. Jedes Gebiet (Domain) besitzt ein eigenes Konnktorenpaar (positiver und negativer Anschluss), das den Austausch zwischen zwei oder mehreren Elementen ermöglicht. Ein einzelner Konnektor enthält in der Regel eine Flussgrösse (Stromstärke) und eine Potentialgrösse. Fügt man zwei oder mehrere Konnektoren zusammen (graphisch oder mit dem Befehl connect), werden ein Knotensatz (Summe über alle Stromstärken gleich null) formuliert und die Potentialgrössen einander gleich gesetzt. Neben diesen akausalen Konnektoren kennt Modelica auch noch gerichtete Verbindungen (input, output), um Signalflüsse zu modellieren.
Video: Konnektoren