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Neuerungen in Dymola und Modelica

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Neuerungen in Dymola und Modelica. Inhalt. Einführung in Modelica und Dymola Neue Eigenschaften Kalibrierung Optimierung Parameterstudien Graphik Neue Bibliotheken Powertrain, neue Version Smart Electric Drives Transmission Vehicle Dynamics Literatur und Internet. Dymola .

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Presentation Transcript
neuerungen in dymola und modelica
Neuerungen in Dymola und Modelica

ASIM-Workshop in Wismar

inhalt
Inhalt
  • Einführung in Modelica und Dymola
  • Neue Eigenschaften
    • Kalibrierung
    • Optimierung
    • Parameterstudien
    • Graphik
  • Neue Bibliotheken
    • Powertrain, neue Version
    • Smart Electric Drives
    • Transmission
    • Vehicle Dynamics
  • Literatur und Internet

ASIM-Workshop in Wismar

dymola
Dymola
  • Dymola ist eine Software zur Modellierung und Simulation aus verschiedenen Ingenieur-disziplinen
  • entwickelt von Dynasim AB in Schweden
  • Vertrieb im deutschsprachigen Raum: Bausch-Gall GmbH
  • Dymola versteht den offenen Sprachstandard Modelica

ASIM-Workshop in Wismar

bausch gall gmbh
BAUSCH-GALL GmbH
  • Seit 1987
  • Hans Gall und Dr. Ingrid Bausch-Gall seit 1981 bzw. 1983 selbständig
  • Vertrieb von Simulationssoftware
  • Projektarbeit
  • Schulungen
    • Dymola, Spice, Simulink, Matlab

www.Bausch-Gall.de

ASIM-Workshop in Wismar

die firma dynasim
Die Firma Dynasim
  • Entwickler von Dymola
  • gegründet 1992 von Dr. Hilding Elmqvist
  • Jetzt: 9 Angestellte, davon 7 technisch/wissenschaftlich
  • Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern
  • Kunden
    • weltweit, z.B.: Toyota, Volvo, Ford, GM, EDF
    • Deutschland, z.B.: ABB, Airbus, BMW, Robert Bosch GmbH, DaimlerChrysler, Hella, Siemens, ZFF, Volkswagen, viele Universitäten und Forschungsinstitute
    • Österreich, z.B.: AVL, Elin, MAGNA STEYR, TU Wienwww.dynasim.com

ASIM-Workshop in Wismar

ziel von modelica und dymola
Ziel von Modelica und Dymola

Modellierung und Simulation physikalischer Systeme

die aus Komponenten unterschiedlicher Fachgebiete

bestehen. Z.B. ein detailliertes Fahrzeugmodell:

  • Fahrzeugdynamik – 3-D Mechanik
  • Antriebsstrang – 1-D Mechanik
  • Hydraulik
  • Verbrennung
  • Klimaanlage
  • Elektrische/elektronische Systeme, Steuergeräte, Busse

ASIM-Workshop in Wismar

modelica
Modelica
  • neue Methode
    • objektorientiertes Modellieren
    • gleichungsorientiertes Modellieren
  • austauschbare, standardisierte formale Sprache
    • zum Modellaustausch
    • Weiterverwendung von Modellierungswissen
  • Modelica: Sprachdefinitionwww.modelica.org
  • Dymola: Software zur Modellierung und Simulation mit Modelicawww.dynasim.com

ASIM-Workshop in Wismar

anwendungsbeispiele
Anwendungsbeispiele

ASIM-Workshop in Wismar

objektdiagramme

Objekt

Schnittstelle

Verbindung

Objektdiagramme

ASIM-Workshop in Wismar

objektdiagramme10
Objektdiagramme
  • jedes Icon repräsentiert ein physikalisches oder logisches Objekt
  • Verbindungen stellen tatsächliche physikalische Verbindungen dar
  • jedes Objekt wird hierarchisch aus bestehenden Komponenten oder durch Gleichungen beschrieben

ASIM-Workshop in Wismar

slide11

Srel = n*n' + (identity(3) - n*n')*cos(q) - skew(n)*sin(q);

wrela = n*qd;

zrela = n*qdd;

Sb = Sa*Srel';

r0b = r0a;

vb = Srel*va;

wb = Srel*(wa + wrela);

ab = Srel*aa;

zb = Srel*(za + zrela + cross(wa, wrela));

fa = Srel'*fb;

ta = Srel'*tb;

ASIM-Workshop in Wismar

dymola symbolische manipulation
Dymola: Symbolische Manipulation

Sortierung

Entfernung trivialer Gleichungen

Symbolisches Lösen algebraischer Schleifen, sofern möglich

Reduktion der Gleichungen

Symbolische Lösung kleiner Systeme

Index-Reduktion, falls nötig

LU/QR-Zerlegung der Jacobi-Matrizen für lineare Systeme

Symbolische Jacobi-Matrizen für nichtlineare Systeme

ASIM-Workshop in Wismar

beispiel chassis modell mit 40 freiheitsgraden
Beispiel: Chassis-Modell mit 40 Freiheitsgraden

Quelle: Modelon, Vehicle Dynamics Library

Originalmodell: 31,689 scalar equations

80 kontinuierliche Zustandsgrößen

7649 zeitabhängige skalare Größen

Elasto-kinematische Radaufhängung

Größe der linearen Gleichungssysteme

{4, 3, 3, 3, 3, 4, 3, 3, 3, 3, 2, 2, 2, 2, 566, 4, 3, 3, 3, 3, 97, 2, 4, 3, 3, 3, 3, 97, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3, 2}

Nach der symbolischen Manipulation

{0, 3, 3, 3, 3, 0, 3, 3, 3, 3, 2, 2, 2, 2, 29, 0, 3, 3, 3, 3, 7, 2, 0, 3, 3, 3, 3, 7, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3, 2}

Deutliche Reduzierung der Rechenzeit!

ASIM-Workshop in Wismar

dymola 6
Dymola 6
  • Automatisierte Parameterstudien
  • Kalibrierung von Parametern
  • Optimierung
  • Verbesserte Experimentierumgebung
  • Verbesserte Visualisierung
  • Benutzereigene Dialoge für Experimente
  • Deutlich verbesserte Skriptsprache

ASIM-Workshop in Wismar

dymola 6 parameterstudien
Dymola 6 - Parameterstudien

ASIM-Workshop in Wismar

dymola 6 parameterstudien16
Dymola 6 – Parameterstudien

ASIM-Workshop in Wismar

dymola 6 kalibrierung
Dymola 6 - Kalibrierung

Bestimmung unbekannter oder unsicherer Modellparameter

durch Vergleich mit Messdaten

Acceleration (BMW 645i)

Gear shift

Quelle: Auto Mobil, Issue 2, 2005

ASIM-Workshop in Wismar

dymola 6 kalibrierung18
Dymola 6 – Kalibrierung

Messdaten

  • CSV-Dateien
  • MATLAB-MAT-Files V4

Daten vorbereiten, z.B.

  • Daten filtern
  • Daten begrenzen
  • Trend entfernen

ASIM-Workshop in Wismar

dymola 6 kalibrierung19
Dymola 6 - Kalibrierung

Einfach anzuwenden durch Dialog

  • Parameter und Startwerte
  • Dateien mit Messdaten
  • Zusammenhänge zwischen Daten und Parametern

ASIM-Workshop in Wismar

dymola 6 kalibrierung20
Dymola 6 - Kalibrierung

Nach der Kalibrierung

Startwerte

ASIM-Workshop in Wismar

dymola 6 optimierung
Dymola 6 - Optimierung
  • Bestimmung von Parametern
  • Definition einer Zielfunktionen
  • Mehrere Zielfunktionen können kombiniert werden
  • Mehrere Optimierungskriterien sind möglich

ASIM-Workshop in Wismar

dymola 6 optimierung22
Dymola 6 - Optimierung

ASIM-Workshop in Wismar

dymola 6 monte carlo analyse
Dymola 6 – Monte-Carlo-Analyse

J1.J des Kupplungsmodells

genüge einer Normalverteilung

Verteilung der beobachteten Variablen

Verteilung J1.w zum Zeitpunkt 1.2 s

ASIM-Workshop in Wismar

dymola 6 3d graphik
Dymola 6 – 3D-Graphik
  • vorbereitete Befehle
  • interaktiv oder aus Skript-Sprache
  • angepasst für Simulation

ASIM-Workshop in Wismar

dymola 6 3d graphik beispiele
Dymola 6 – 3D-Graphik - Beispiele

Flächen

3D-Kurven

ASIM-Workshop in Wismar

dymola 6 weitere neuerungen
Dymola 6 – Weitere Neuerungen
  • Verschlüsselung der Modelle
    • Encryption speichert Modelle binär ab
    • Scrambling entfernt vertrauliche Struktur und Daten
  • Modellverwaltung (Model Management)
    • Einbindung in übliche Versions-VerwaltungsprogrammeCVS (current version systems) und SVN (subversion systems)
  • Komfortable Erstellung eigener GUIs
  • Verbesserung der Scripting-Sprache (MOS-Files)

ASIM-Workshop in Wismar

dymola 6 weitere neuerungen27
Dymola 6 – Weitere Neuerungen

Modellabhängigkeit (Model Dependency)

  • Zeigt die Abhängigkeit eines Package von den Klassen
  • Links zur HTML-Dokumentation

ASIM-Workshop in Wismar

neue bibliotheken
Neue Bibliotheken
  • Powertrain-Library Version 2.0
  • Smart Electric Drives Library
  • Transmission Library
  • Vehicle Dynamics Library

ASIM-Workshop in Wismar

slide29

Powertrain-Library 2.0

ASIM-Workshop in Wismar

slide30

Wesentliche neue Version

  • 70 Komponenten
  • Arbeitet zusammen mit der freienVehicle Dynamics Library
  • Längsdynamik
  • Standard- und Planetengetriebe mitVerlusten, Kupplungen mit Reibung
  • Flexible Antriebsstrangmodelle
  • Arbeitet auch mit der 3D VehicleDynamics Library

ASIM-Workshop in Wismar

modellierung der verlusteffizienz
Modellierung der Verlusteffizienz
  • Modellierung der Getriebeverluste ist in vielen Modellen enthalten.

Verlustmoment

Lastmoment

Relative Geschwindigkeit

ASIM-Workshop in Wismar

modellierung der elastizit t
Modellierung der Elastizität
  • Vibrationen
  • Wichtig für Fahrverhalten und Schaltqualität
  • Steifigkeit, Dämpfung, Spiel

ASIM-Workshop in Wismar

optionale 3d effekte
Optionale 3D-Effekte

Nur wenige zusätzliche Daten

Starrkörper zur Modellierung der Achse

Antriebsstrang mit 3D-Fahrzeugmodell

Schnittstelle zum Fahrzeugmodell

ASIM-Workshop in Wismar

anwendungen im automobilbereich
Anwendungen im Automobilbereich
  • Simulation des vollständigen elektrischen Antriebssystems, einschließlich alternativer Antriebskonzepte
  • Minimaler Verbrauch durch Zuschaltung elektrischer Antriebskomponenten
  • Elektrische Leistung im Fahrzeug
  • Entwicklung und Optimierung der Regelstrategien

ASIM-Workshop in Wismar

smart electric drives sed library
Smart Electric Drives (SED) Library
  • Komponenten, z.B.
    • Asynchronmaschinen, Permanentmagnet-Synchronmaschinen, weitere Gleichstrommaschinen
    • Regelungen: Feldorientierte Regelungen, bürstenloser Gleichstrommotor
    • Stromrichter, verschiedene Abstraktionstiefen
    • Konverter, Energiequellen (Batterien, Brennstoffzellen)
  • Anwendungen, z.B.
    • Hybrid Elektrische Fahrzeuge (HEV) zusammen mit der Powertrain Library
    • Starter-Generatorkonzepte
    • Elektrisch angetriebene Wasserpumpe
    • Elektrisch angetriebene Ölpumpe
    • Elektrisch angetriebene Klimanlage
    • Quasi stationäre Anwendungen

ASIM-Workshop in Wismar

beispiel gesamtsimulation eines hybrid elektrischen fahrzeugs
Beispiel: Gesamtsimulation eines Hybrid- Elektrischen-Fahrzeugs

mit Allradantrieb

ASIM-Workshop in Wismar

vehicle dynamics library
Vehicle Dynamics Library

www.modelon.se

ASIM-Workshop in Wismar

vehicle dynamics library inhalt
Vehicle Dynamics Library: Inhalt
  • große Anzahl von Chassis- und Fahrwerksmodellen
  • Schnittstelle zu gängigen Reifenmodellen
  • 3D-Straßenmodelle
  • Fahrermodelle für geschlossenen und offenen Regelkreis
  • elementarer Antriebsstrang
  • Schnittstellen zur Powertrain und Transmission Library
  • Motormodelle
  • Bremssysteme
  • Aerodynamik
  • Beispiele und Beispielexperimente

ASIM-Workshop in Wismar

vehicle dynamics library40
Vehicle Dynamics Library

Chassis

Federbein

Achse

Aufbau

Stabilisator

Experimentierumgebung mit Animation

Rad mit Reifen

ASIM-Workshop in Wismar

transmission library

Transmission Library

ASIM-Workshop in Wismar

transmission library42
Transmission Library
  • Detailierte Modellierung von Antriebssträngen
  • Ideal für Vorhersage der Schaltqualität und für das bessere Verstehen des Verhaltens des
  • Antriebsstranges
  • Axiale und rotatorische Freiheitsgrade

ASIM-Workshop in Wismar

beispiele der kompenenten
Beispiele der Kompenenten

Achsen und Getriebe

Schaltmechanik

ASIM-Workshop in Wismar

literatur
Literatur
  • Principles of Object Oriented Modeling and Simulation with Modelica von Michael Tiller 2002, Kluwer Academic Publisher; ISBN 0-7923-7367-7
  • Principles of Object-Oriented Modeling and Simulation with Modelica 2.1von Peter Fritzson 2004, IEEE Press, John Wiley&Sons, Inc. ISBN 0_471-47163-1
  • Objektorientierte Modellierung von Antriebssystemen von Martin OtterKapitel 20 in „Elektrische Antriebe – Regelung von Antriebssystemen“ von D. Schräder, 2. Auflage, 2001, Springer-Verlag
  • Modelica 2.2 Specification, sh. www.modelica.org/documents
  • Veröffentlichungen der Modelica Konferenzen der Jahre 200, 2002, 2003 und 2005 sh. www.modelica.org , dort unter den jeweiligen Konferenzen

ASIM-Workshop in Wismar

zusammenfassung
Zusammenfassung
  • Modelica soll (de-facto) Sprach-Standard werden
  • Dymola (Software) unterstützt Modelica voll
  • Viele Bibliotheken werden zur Zeit entwickelt
  • Aktives ehrgeiziges Entwicklerumfeld
  • Nächste Modelica-Tagung, September 2006 in Wien
  • Homepages:www.dynasim.com

www.modelica.org

ASIM-Workshop in Wismar