Equation-based Modeling of Variable-structure Systems

Dr. Dirk Zimmer
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
Institut für Robotik und Mechatronik
Abteilung Systemdynamik und Regelungstechnik
Münchnerstrasse 20
D-82234 Oberpfaffenhofen-Wessling
Germany
Email: Dirk.Zimmer@DLR.DE

Zusammenfassung

Gleichungsbasierte Sprachen haben sich zu einem verbreiteten Werkzeug für die Modellierung und Simulation physikalischer Systeme entwickelt. Ihr deklarativer Stil ermöglicht die Formulierung eigenständiger Modelle, ohne systemspezifische Belange berücksichtigen zu müssen. Der Begriff strukturvariable Systeme bezeichnet Modelle, deren Gleichungen sich zur Simulationszeit ändern. Diese Modelklasse wird im Allgemeinen von M&S Umgebungen nicht unterstützt. Den gegenwärtigen Sprachen mangelt es an der notwendigen Ausdrucksstärke, und weitere Einschränkungen werden von den zugehörigen Simulatoren erzwungen. Diese Dissertation erforscht im Allgemeinen die Modellierung strukturvariabler Systeme innerhalb gleichungsbasierter Sprachen. Zu diesem Forschungszweck wurde eine neue Sprache entwickelt, die sich an die prominente Sprache Modelica anlehnt. Durch Verallgemeinerung bestehender Sprachwerkzeuge wird nicht nur eine einfachere Sprache sondern auch mehr Ausdrucksstärke ermöglicht. Die neue Sprache befähigt den Modellierer folglich zur Beschreibung von nahezu beliebigen strukturellen Veränderungen. Eine zugehörige Simulationsumgebung unterstützt diese neue Sprache und beinhaltet neue, dynamische Methoden für die Indexreduktion differentialalgebraischer Gleichungssysteme. Vier Modelle aus unterschiedlichen Anwendungsgebieten zeigen beispielhaft die Verwendung der Sprache und belegen die Vorzüge der vorgeschlagenen Methodik.

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