Automatische Modellierung und Simulation von technischen Systemen mit Unsicherheit
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Projekt hatte als Ziel, durch Zusammenarbeit von Fachgebieten der Architektur, der Softwaretechnik, des Compilerbaus und der Numerik einen neuen Entwicklungs- und Übersetzungsprozess spezieller Simulationsmodelle hervorbringen. Die Kooperation der Fachgebiete Versorgungsplanung und Versorgungstechnik (Prof. Dr. Nytsch-Geusen) und Softwaretechnik (Prof. Dr. Jähnichen) hat komplexe Beispielmodelle aus der Domäne der Gebäudesimulation untersucht, die in etablierten Simulationsumgebungen nicht simulierbar sind. Die Modelle wurden zu strukturvariablen Modellen erweitert und konnten so simuliert werden. Gleichzeitig konnten aus den strukturvariablen Modellen Anforderungen für den Entwicklungs- und Übersetzungsprozess abgeleitet werden. Zur technischen Realisierung einer strukturvariablen Simulation sind basierend auf den Erkenntnissen der Beispielmodelle im Fachgebiet Softwaretechnik zwei Ansätze entstanden: 1. wird die Möglichkeit gezeigt, durch skriptgesteuerte sequentielle Simulation in existieren Werkzeugen eine strukturvariable Simulation zu realisieren und 2. wird eine Methode und ein Werkzeug vorgestellt, wie ein klassisches, komponentenorientiertes Simulationsmodell zu einem strukturvariablen Model durch Generierung von Varianten erweitert und simuliert werden kann. Dabei brachte insbesondere die im Fachgebiet Numerische Mathematik (Prof. Dr. Mehrmann) neu entwickelte Methode zur symbolischen Indexreduktion entscheidende Fortschritte. Im Fachgebiet Übersetzerbau (Prof. Dr. Pepper) wurde der Prototyp eines Modelica-Compilers realisiert, welcher die Möglichkeit zur strukturdynamischen Modellierung unterstützt. Hierbei wurden entsprechende Datenstrukturen im Frontend und in der Zwischenrepräsentation geschaffen und zusammen in einer Kernel-Bibliothek umgesetzt. Diese Toolkette konnte durch die Simulation von Beispielmodellen erfolgreich evaluiert werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- [2014]. „An Example of Beneficial Use of Variable-structure Modeling to Enhance an Existing Rocket Model“. In Proceedings of the 10th International Modelica Conference (S. 707–713). Lund, Schweden
Mehlhase, A.; Gomez Esperon; D., Bergmann, J. und weitere
(Siehe online unter https://doi.org/10.3384/ecp14096707) - [2015]. Index concepts for differential-algebraic equations. Encyclopedia Applied and Computational Mathematics, B. Engquist (Ed.), Springer, Heidelberg, (S. 676-681)
Mehrmann, V.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/978-3-540-70529-1_120) - [2015]. „Appending Variable-Structure to Modelica Models (WIP)“. In Proceedings of the Conference on Summer Computer Simulation SummerSim’15. Chicago, Illinois, USA
Gomez Esperon, D.; Mehlhase, A.; Karbe, T.
- [2015]. „Challenges when Creating Variable-structure Models“. In Proceedings of the 5th International Conference on Simulation and Modeling Methodologies, Technologies and Applications SIMULTECH’15 (S. 101–110). Colmar, Frankreich
Mehlhase, A.; Gomez Esperon, D.; Karbe, T.
(Siehe online unter https://doi.org/10.5220/0005521601010110) - [2015]. „Exploiting variable-structure models in the context of building simulations within Modelica” In Proceedings of Building Simulation Conference 2015. Hyderabad, Indien
Möckel, J.; Mehlhase, A.; Nytsch-Geusen, C.
- [2015]. „Internalized State-Selection: Generation and Integration of Quasi-Linear Differential-Algebraic Equations”. In Proceedings of the 11th International Modelica Conference (S. 99-107), Versailles, Frankreich
Höger, C.; Steinbrecher, A.
(Siehe online unter https://doi.org/10.3384/ecp1511899) - [2016]. “Regularization of DAEs based on the Signature Method“. BIT Numerical Mathematics, 56, (S. 319-340)
Scholz, L.; Steinbrecher, A.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s10543-015-0565-x) - [2016]. “Structural-algebraic regularization for coupled systems of DAEs“. BIT Numerical Mathematics, 56(2), (S.777-804)
Scholz, L.; Steinbrecher, A
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s10543-015-0572-y) - [2016]. „BuildingSystems - Eine modular hierarchische Modell-Bibliothek zur energetischen Gebäude und Anlagensimulation“. In Proceedings of the Conference BauSIM 2016, S. 473-480. Dresden, Deutschland
Nytsch-Geusen, C.; Banhardt, C.; Inderfurth, A.; Mucha, K.; Möckel, J.; Rädler, J.; Thorade, M.; Tugores, C. R.
- [2016]. „Erweiterung von Modellen zur Anwendung strukturvariabler Simulationen in Modelica“. In Proceedings of the Conference BauSIM 2016. Dresden, Deutschland
Möckel, J.; Nytsch-Geusen, C.
- [2016]. „Modeling with monads: extensible modeling semantics as syntactic sugar”. In Proceedings of the 7th International Workshop on Equation-Based Object-Oriented Modeling Languages and Tools EOOLT '16 (S. 15-24). New York, NY, USA
Höger, C.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1145/2904081.2904084) - [2017]. „Computation of State Reachable Points of Second Order Linear Time-Invariant Descriptor Systems”, Electronic Journal of Linear Algebra, 32 (S. 301-316)
Datta, S.; Mehrmann, V.
(Siehe online unter https://doi.org/10.13001/1081-3810.3303) - [2018]. “Regular solutions of hybrid DAE systems and regularization techniques”, BIT Numerical Mathematics, 58, (S. 1049-1077)
Kunkel, P.; Mehrmann, V.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s10543-018-0712-2) - [2018]. “The Signature Method for DAEs arising in the modeling of electrical circuits“. Journal of Computational and Applied Mathematics, 332, S. 107-139
Scholz L.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.cam.2017.10.012) - [2019]. „Applications of Differential- Algebraic Equations: Examples and Benchmarks”. DAE Forum, Springer Verlag, Heidelberg
Campbell, S.L.; lchmann, A.; Mehrmann, V.; Reis, T. (Editors)
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/978-3-030-03718-5)
