Eine Modellbeschreibungssprache zur Unterstützung der Simulation und Optimierung von nichtlinearen und linearisierten hierarchischen Systemen:
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Düsseldorf
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| adam_text | Titel: Eine Modellbeschreibungssprache zur Unterstützung der Simulation und Optimierung von nichtlinearen
Autor: Schröer, Joachim
Jahr: 1994
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung 1
1.1 Allgemeines 1
1.2 Das integrierte CADCS-Werkzeug CAMeL 1
1.3 Systematisierung der Modellbeschreibung durch DSL 2
1.4 Aufbau der Arbeit 4
1.5 Wesentliche Merkmale von DSL 7
2 Stand der Technik bei Modellbildung, Simulation und Softwareentwick¬
lung 10
2.1 Aufgaben der Systemtechnik und Lösungskonzepte 10
2.2 Vergleich bestehender Softwarepakete 15
2.2.1 Modellgenerierungssysteme 16
2.2.2 Simulationswerkzeuge 19
2.2.3 Regelungstechnikpakete 22
2.2.4 Gesamtlösungen, Ansätze zur Werkzeugintegration 23
2.3 Moderne Softwarekonzepte 25
2.3.1 Definition, Aufbau und Beherrschung komplexer Systeme 25
2.3.2 Bemerkungen zu möglichen Implementierungssprachen 26
2.3.3 Einige Vor- und Nachteile von Ada 27
3 Modellbeschreibungen und Gleichungsklassen 30
3.1 Vergleich von Dymola und DSL 30
3.1.1 Von Dymola und DSL unterstützte Modellklassen 30
3.1.2 Ein mechanischer Schwinger in Dymola 31
3.1.3 Der mechanische Schwinger in DSL 35
3.2 Klassifizierung mathematischer Gleichungssysteme für Modelle mit kon¬
zentrierten Parametern 38
3.3 Zusammenfassende Wertung 44
4 Das DSL-Konzept 46
4.1 Blockkonzept und Hierarchie 46
4.1.1 Hierarchisches Blockschaltbild und Systembaum 46
4.1.2 Systemschnittstelle und Systemimplementation 49
4.2 Syntax von DSL und lexikalische Elemente 51
4.3 Die Basissysteme 53
4.3.1 Die Schnittstelle der Basissysteme 55
4.3.2 Die Implementation der Basissysteme 57
4.3.3 Vorcompilierte Basissysteme 61
4.4 Die gekoppelten Systeme 64
4.4.1 Die Schnittstelle der gekoppelten Systeme 64
4.4.2 Die Implementation der gekoppelten Systeme 66
4.5 Instanzen von Systemtypen 74
4.6 Die linearisierten Systeme 76
4.7 DSL-Compiler und Auswerter im CADCS-Werkzeug 85
5 Einsatz der Modelle in der Simulation 88
5.1 Die Erzeugung des Systembaums der Tiefe 1 88
5.2 Behandlung von Durchgriffen und Schleifen 94
5.2.1 Problemdefinition und Klassifikation der Systeme 95
5.2.2 Herleitung einer Lösung mit einfachen Beispielen 98
5.2.3 Vorbereitung der Basissysteme 105
5.2.4 Vorbereitung des Gesamtsystems 110
5.3 Die Simulation 120
5.3.1 Integrationsalgorithmen 121
5.3.2 Die Schnittstelle zwischen Integrator und Auswerter 121
5.3.3 Das Konzept der interaktiven Simulation 122
5.3.4 Dezentrale Integration 122
5.4 Die Parameteroptimierung mit unterlagerter Simulation 122
6 Einsatz der linearisierten Modelle 124
6.1 Die Erzeugung des binären Systembaums 124
6.2 Die numerischen Koppelalgorithmen 131
6.2.1 Die Rückkopplung 132
6.2.2 Die Kopplung im allgemeinen Systembaum 135
6.2.3 Die Kopplung im binären Systembaum 140
6.2.4 Bemerkungen zu den Koppelalgorithmen 147
6.3 Einfacher Einsatz der linearen Systeme 149
6.4 Parameteroptimierung mit linearisierten Systemen 152
6.4.1 Formulierung des Entwurfsproblems 152
6.4.2 Effiziente Zielgrößen für lineare Systeme 154
6.4.3 Besonderheiten von MOPO 157
6.5 Optimierung an mehreren Betriebspunkten simultan 157
7 Zusammenfassung und Ausblick 161
7.1 Implementierung verschiedener Systemklassen 161
7.2 Zusammenfassung und mögliche Weiterentwicklungen 163
8 Anhang 165
8.1 Details zur DSL-Implementierung 165
8.1.1 Der Compilergenerator 165
8.1.2 Vollständige DSL-Syntax in EBNF 169
8.1.3 DSL-Übersetzungseinheiten 177
8.1.4 Differentiationsregeln für die symbolische Linearisierung 178
8.1.5 Der Codeoptimierer für Basissysteme 182
8.1.6 Der Algorithmus zur Markierung der Variablenabhängigkeiten in Basis¬
systemen 189
8.2 Spezielle Systeme in DSL 193
8.2.1 Modellierung diskreter Systeme 193
8.2.2 Mechanische Modelle und DSL-Präprozessoren 194
8.3 Modellierungs- und Simulationstechniken 197
8.4 Einige mit Hilfe von DSL bearbeitete Modelle 204
8.4.1 Ein Nadeldrucker 204
8.4.2 Ein Fahrzeug 205
8.4.3 Ein Portalroboter 208
9 Index 209
10 Literaturverzeichnis 219
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