Anfang Präsentation 1. Dezember, 2004 Dymolas Bondgraphenbibliothek In dieser Vorlesung wollen wir uns mit einigen Aspekten der Konstruktion einer Bondgraphen-

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1 Anfang Präsentation 1. Dezember, 2004 Dymolas Bondgraphenbibliothek In dieser Vorlesung wollen wir uns mit einigen Aspekten der Konstruktion einer Bondgraphen- bibliothek für Dymola befassen. Die Entwurfsprinzipien werden erklärt, und einige weitere Eigenschaften der Dymola Modellierungs- umgebung werden erläutert. Das Beispiel eines hydraulischen Regelsystems rundet die Präsentation ab.

2 Anfang Präsentation 1. Dezember, 2004 Übersicht Across und through VariabelnAcross und through Variabeln Gyrobonds Graphische BondgraphenmodellierungGraphische Bondgraphenmodellierung Bondgraphenkonnektoren Akausale und kausale BondsAkausale und kausale Bonds Verzweigungen Modelle der ElementeModelle der Elemente Konstruktion von BondgraphenKonstruktion von Bondgraphen Hydraulischer MotorHydraulischer Motor

3 Anfang Präsentation 1. Dezember, 2004 Across und Through Variabeln Dymola bietet zwei Typen von Variabeln an: die across Variabeln und die through Variabeln. Across Variabeln nehmen rund um einen Dymola Knoten herum den gleichen Wert an, während sich die Werte der through Variabeln zu null addieren. Daraus folgt, dass, wenn beim Bondgraphen die Einsatzvariabeln als across Variabeln und die Flussvariabeln als through Variabeln deklariert werden, die Dymola Knoten genau den 0-Verzweigungen unseres Bondgraphen entsprechen.

4 Anfang Präsentation 1. Dezember, 2004 Gyrobonds In meinem Modellierungsbuch nutzte ich diese Übereinstimmung aus, indem ich die Bonds als übers Kreuz verbundene Drähte (twisted wires) entsprechend einem Null- modem implementierte. Indem ich des Weiteren verlangte, dass: können sowohl die 0-Verzweigungen wie auch die 1- Verzweigungen als Dymola Knoten implementiert werden. 0- and 1-Verzweigungen sich immer abwechseln müssen, d.h., dass keine zwei Verzweigungen des gleichen Typs durch einen Bond verbunden sein dürfen, und alle Elemente immer an 0-Verzweigungen, jedoch nie an 1- Verzweigungen angebunden werden müssen,

5 Anfang Präsentation 1. Dezember, 2004 Graphische Bondgraphenmodellierung I Bei Anwendung einer graphischen Modellierungs- oberfläche mögen diese zusätzlichen Regeln zu sehr einschränkend sein. Zum Beispiel weisen Bondgraphenmodelle thermischer Systeme häufig 0-Verzweigungen mit vielen angebundenen Bonds auf. Es muss daher möglich sein, eine solche 0-Verzweigung in mehrere separate 0-Verzweigungen aufzuspalten, welche durch Bonds miteinander verbunden sind, so dass jede 0-Verzweigung nur noch eine kleine Anzahl Bonds an sich anbindet.

6 Anfang Präsentation 1. Dezember, 2004 Graphische Bondgraphenmodellierung II Darum definiert die graphische Bondgraphenbibliothek von Dymola sowohl die Einsatzvariabeln als auch die Flussvariabeln als across Variabeln. Folglich müssen nun die Verzweigungen explizit ausprogrammiert werden. Sie können nicht mehr als Dymola Knoten interpretiert werden.

7 Anfang Präsentation 1. Dezember, 2004 Die Bondgraphenkonnektoren I Die Richtungsvariable, d, ist eine dritte across Variable, welche ebenfalls als Teil des Bondgraphenkonnektors zur Verfügung gestellt wird. Dieser wird als grauer Punkt dargestellt.

8 Anfang Präsentation 1. Dezember, 2004 Das akausale Bond Modell Das Modell eines Bonds kann konstruiert werden, indem zwei der Bondgraphenkonnektoren ins Diagrammfenster gezogen werden. Diese werden BondCon1 und BondCon2 genannt. d = 1 Der Text %name wird ins Ikonenfenster gesetzt, damit beim Aufruf dort der wahre Name des Modells angezeigt wird.

9 Anfang Präsentation 1. Dezember, 2004 Die Bondgraphenkonnektoren II Dymola Variabeln sind normalerweise akausal. Sie können aber kausal gemacht werden, indem sie explizit als kausal deklariert werden. Zwei zusätzliche Bondgraphenkonnektoren wurden definiert. Der e- Konnektor betrachtet die Einsatzvariable als Eingangsgrösse und die Flussvariable als Ausgangsgrösse. Der f-Konnektor betrachtet die Flussvariable als Eingangsgrösse und die Einsatzvariable als Ausgangsgrösse.

10 Anfang Präsentation 1. Dezember, 2004 Der kausale Bond Block Unter Verwendung der e- und f- Konnektoren können kausale Bond Blöcke definiert werden. Der f-Konnektor wird auf der Seite des Kausalitätsstrichs verwendet. Der e-Konnektor kommt auf der anderen Seite zum Einsatz. Die kausalen Konnektoren werden nur zur Definition der kausalen Bonds verwendet. Überall sonst kommen die akausalen Bondgra- phenkonnektoren zum Einsatz.

11 Anfang Präsentation 1. Dezember, 2004 Die Verzweigungen I Die Verzweigungen können nun programmiert werden. Betrachten wir einmal eine 0-Verzweigung, an welcher drei Bonds angebunden sind. e[2] = e[1]; e[3] = e[2]; f[1] + f[2] + f[3] = 0; Vererbung

12 Anfang Präsentation 1. Dezember, 2004 Die Verzweigungen II Das ThreePortZero Modell impor- tiert die drei Bondkonnektoren ins Diagrammfenster und verpackt die individuellen Bond Variabeln in zwei Vektoren.

13 Anfang Präsentation 1. Dezember, 2004 Die Modelle der Bondgraphenelemente Wir wollen nun die Modelle der einzelnen Bond- graphenelemente betrachten. Die Bondgraphen- kapazität mag als Beispiel dienen. Der Text C=%C wird ins Ikonenfenster ge- schrieben.

14 Anfang Präsentation 1. Dezember, 2004 Konstruktion von Bondgraphen I

15 Anfang Präsentation 1. Dezember, 2004 Konstruktion von Bondgraphen II Bibliotheksfenster Diagrammfenster

16 Anfang Präsentation 1. Dezember, 2004 Konstruktion von Bondgraphen III Horizontal spiegeln

17 Anfang Präsentation 1. Dezember, 2004 Konstruktion von Bondgraphen IV Verbindung herstellen Objekt verschieben

18 Anfang Präsentation 1. Dezember, 2004 Konstruktion von Bondgraphen V

19 Anfang Präsentation 1. Dezember, 2004 Konstruktion von Bondgraphen VI

20 Anfang Präsentation 1. Dezember, 2004 Konstruktion von Bondgraphen VII

21 Anfang Präsentation 1. Dezember, 2004 Beispiel: Hydraulischer Motor I Ikonenfenster Diagrammfenster Bondgraphenkonnektoren Ausgangs- signal konnektor Flusssensor Konnektoren an Verzwei- gungen

22 Anfang Präsentation 1. Dezember, 2004 Diagrammfenster Hydraulischer Motor II Gleichungsfenster Parameterwerte können von einem Niveau zum nächsten propagiert werden.

23 Anfang Präsentation 1. Dezember, 2004 Servoventil I Ikonenfenster Diagrammfenster Konnektoren an Bonds.

24 Anfang Präsentation 1. Dezember, 2004 Servoventil II

25 Anfang Präsentation 1. Dezember, 2004 Servoventil III Ikonenfenster Diagrammfenster Modulierte Einsatz- quelle zur Umwand- lung von Signalen in Bonds. Einsatzsensor

26 Anfang Präsentation 1. Dezember, 2004 Konnektorenkonventionen Servoventil Hydraulischer Motor Bonds können an Verzweigungen oder an Schaltungselementen ange-bunden werden, niemals aber an anderen Bonds. Verzweigungen können nur an Bonds angebunden werden. Darum muss eines der Modelle in einer Verzweigung enden, während das andere mit einem Bond abschliesst, sonst können die Konnektoren nicht direkt, d.h. ohne einen dazwischen liegenden Bond, verbunden werden.

27 Anfang Präsentation 1. Dezember, 2004 Regelsystem

28 Anfang Präsentation 1. Dezember, 2004 Referenzen Cellier, F.E. and R.T. McBride (2003), Object-oriented modeling of complex physical systems using the Dymola bond-graph library, Proc. ICBGM03, Intl. Conf. Bond Graph Modeling and Simulation, Orlando, FL, pp. 157- 162.Object-oriented modeling of complex physical systems using the Dymola bond-graph library McBride, R.T. and F.E. Cellier (2003), Object-oriented bond graph modeling of a gyroscopically stabilized camera platform, Proc. ICBGM03, Intl. Conf. Bond Graph Modeling and Simulation, Orlando, FL, pp. 223-230.Object-oriented bond graph modeling of a gyroscopically stabilized camera platform Cellier, F.E. (2005), The Dymola Bond-Graph Library, Version 1.1.The Dymola Bond-Graph Library