Modellbasierte Software- Entwicklung eingebetteter Systeme Prof. Dr. Holger Schlingloff Institut für Informatik der Humboldt Universität und Fraunhofer Institut für offene Kommunikationssysteme FOKUS

Folie 2 H. Schlingloff, SS2014 – modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme Fragerunde Wie drückt man Ziele und Strategien in SysML aus? Wie hängen UC und SD zusammen? In welcher Reihenfolge erfolgt die Modellierung? Wie modelliert man Systemarchitekturen? Was versteht man unter Deployment? Kennen Sie eine Methodik zur Modellierung physikalischer Zusammenhänge? Was ist die Funktion von Events in Scicos?

Folie 3 H. Schlingloff, SS2014 – modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme Katze-und-Maus-Problem fängt die Katze die Maus oder nicht? (trifft die Abwehrrakete das Projektil oder nicht?)

Folie 4 H. Schlingloff, SS2014 – modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme Modellierung Differentialgleichungssystem für diese Variablen Ziel (x z,y z ) Katze Geschwindigkeit v k Position (x k (t),y k (t)) Konstante: v k, v m, x z, y z, x m (0), y m (0), x k (0), y k (0) Geschwindigkeitsvektor Maus v m 2 = x m 2 +y m 2  x m = x z -x m (0),  y m = y z -y m (0) d mz = sqrt(  x m 2 +  y m 2 ) x m / v m =  x m / d mz, y m /v m =  y m / d mz Geschwindigkeitsvektor Katze v k 2 = x k 2 +y k 2  x k = x m -x k,  y k = y m -y k d km = sqrt(  x k 2 +  y k 2 ) x k / v k =  x k / d km, y k / v k =  y k / d km Maus Geschw. v m Pos. (x m (t),y m (t))

Folie 5 H. Schlingloff, SS2014 – modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme Datenflussmodellierung Beispiel ist stark datenorientiert  Kontrollfluss nur zum Abbruch Modellierung durch Datenflussdiagramm  jede „Leitung“ entspricht einer Variablen  Konstante als spezielle Variable Integratoren Rückkoppelungen

Folie 6 H. Schlingloff, SS2014 – modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme

Folie 7 H. Schlingloff, SS2014 – modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme Simulationsergebnis

Folie 8 H. Schlingloff, SS2014 – modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme Abstraktion Hauptstärke der Modellierung besteht in der Möglichkeit, Blöcke zusammenzufassen  Abstraktion von Verhalten  baumartige Navigation  Parametrisierung  Modulbibliotheken  externe Erweiterungen  Codeanbindung Modelltransformation und –entwicklung!

Folie 9 H. Schlingloff, SS2014 – modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme Pendel Aufstellen physikalischer Schwingungsgleichungen Erstellen eines Simulationsmodells (Strecke/Regelung) Simulation und Validierung des Modells Codegenerierung

Folie 10 H. Schlingloff, SS2014 – modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme einfaches Pendel Ansatz: Trägheitskraft = Rückstellkraft  m*s  = -m*g*sin    =s/L  m*s  =-m*g*sin(s/L) Anfangsbedingung  (0) bzw. s(0) Analytische Lösung meist schwierig / nicht nötig Simulation: Auflösen nach der höchsten Ableitung  s  =-g*sin(s/L)  „tu so als wenn s gegeben wäre und male ein Diagramm“  Länge L Masse m Auslenkung s

Folie 11 H. Schlingloff, SS2014 – modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme Pause

Folie 12 H. Schlingloff, SS2014 – modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme gesteuerte Systeme Randbedingungen  von der Natur oder vom Auftraggeber vorgegeben - z.B. physikalische Beschränkungen - z.B. Altsysteme, zu beachtende Restriktionen etc.  Verantwortlichkeit des Auftraggebers  Modelliert z.B. in Scicos Steuerfunktionalität  Abbildung von überwachten in gesteuerte Größen  i.A. mehrdeutig, relational; Definitionsbereich von Randbedingungen eingeschränkt, Wertebereich gibt zulässige Trajektorien an  Verantwortlichkeit des Systemingenieurs  Modelliert?

Folie 13 H. Schlingloff, SS2014 – modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme Beispiel Wasserstand Randbedingungen  0  f(t)  h  0 < f(t) < h  f´(t)= k 1 *z(t) – k 2 *a(t) Steuerfunktionalität  als Klauseln f(t)  min  z(t) = 1 f(t)  max  z(t) = 0  als partielle Funktion  1 falls f(t)  min z(t) =  0 falls f(t)  max  undef sonst  als Abbildung C ={(f(t), z(t)) | (f(t)  min  z(t) = 1)  (f(t)  max  z(t) = 0)} Füllstandsanzeiger Zulauf Ablauf max min

Folie 14 H. Schlingloff, SS2014 – modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme in Scicos

Folie 15 H. Schlingloff, SS2014 – modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme Trajektorienbereiche intendierte, erlaubte und verboten t

Folie 16 H. Schlingloff, SS2014 – modellbasierte Software-Entwicklung eingebetteter Systeme im Beispiel Zulauf sei kontinuierlich regelbar (0  z(t)  1) Annahme: min = max = soll der Füllstand sollte möglichst nahe an soll gehalten werden  intendiertes Verhalten: je näher der Füllstand bei soll ist, desto mehr wird der Zulauf geschlossen  erlaubtes Verhalten: voller Zulauf bis soll erreicht wird, dann zu (oszilliert, ruiniert auf Dauer das Ventil)  verboten: max wird irgendwann überschritten und Ventil ist auf  gesucht: „sanfte“ Regelung Füllstandsanzeiger Zulauf Ablauf max min