Kurzeinführung. in OpenModelica. Gruber, Dominik Siebenhaar, Beate

Transkript

1 Kurzeinführung in OpenModelica Gruber, Dominik Siebenhaar, Beate

2 1 Einleitung Im Laufe der Zeit hat sich die Komplexität technischer Systeme kontinuierlich gesteigert. Verantwortlich für diese Entwicklung ist sicherlich der Computer, der die Simulation komplexer physikalischer Systeme möglich macht. Durch Simulationsprogramme können technische Systeme im Büro abgebildet, untersucht, weiterentwickelt und validiert werden. Dies spart vor allem Zeit, senkt die Entwicklungskosten und macht komplexe Systeme leichter beherrschbar. Bevor das Verhalten eines technischen Systems mittels Simulation untersucht werden kann, muss ein Modell von diesem erstellt werden. Modelica ist eine objekt- und gleichungsbasierende Beschreibungssprache, mit welcher physikalische Systeme modelliert werden können. Zurzeit existieren mehrere Entwicklungsumgebungen, wie z. B. Dymola, die auf der textuellen Beschreibungssprache Modelica basieren und die grafische Entwicklung, sowie die Simulation dieser Modelle ermöglichen. Ein weiterer Vertreter dieser Entwicklungsumgebungen ist OpenModelica. Dieses Programmpaket wurde von der Linköping Universität in Schweden entwickelt, ist kostenlos unter der Internetadresse openmodelica.org/ erhältlich und besteht unter anderem aus folgenden Teilen: Advanced Interactive OpenModelica Compiler (OMC): Wandelt für Simulationszwecke Modelica-Code in C-Code. Interactive OpenModelica Shell (OMShell): Die OMShell ist die interaktive Umgebung für den Modelica Compiler (OMC). Aus der OMShell kann z. B. Modelica- Code eingelesen, interpretiert und eine Simulation gestartet werden. OpenModelica Notebook (OMNotebook): Das OMNotebook repräsentiert einen Notizblock im mathematischen Stil, der Modelica-Modelle überprüfen und simulieren kann. Dieses Programm wurde speziell für Schulungszwecke entworfen, da die mitgelieferten Tutorials damit verfasst wurden. Zusätzlich können damit Modelle dokumentiert werden. DrControl Under OMNotebook: Hierbei handelt es sich um die interaktiven Schulungsunterlagen, die mit dem OMNotebook verfasst wurden und diverse Tutorials enthalten. Sie laufen auf dem interaktiven Notizblock OMNotebook. Graphical model editor/browser OMEdit: Mit diesem Programm wird die grafische Modellierung und Simulation von physikalischen Systemen ermöglicht. OMOptim: Dieses Programm ermöglicht unter anderem die Optimierung von Modelica Modellen. 1

3 Modelica Debugger: Der Modelica Debugger ermöglicht das Debuggen von Modelica- Code. OpenModelica eignet sich durch die einfache Handhabung überwiegend für Ausbildungszwecke. Im folgenden Kapitel wird die Installation von OpenModelica beschrieben. Die ordnungsgemäße Funktion der Programme OMShell und OMEdit kann dann anschließend mit Hilfe einführender Beispiele getestet werden (siehe Abschnitt 3). 2 Installation Zuerst gehen wir auf die Installation von OpenModelica unter Windows Vista (Kapitel 2.1) und anschließend unter Ubuntu (Kapitel 2.2) ein. 2.1 unter Windows Vista Folgende Schritte sollten bei der Installation des Softwarepaketes durchgeführt werden: 1. Laden Sie sich die zip-datei OpenModelica revision-8711.zip hier herunter. 2. Entpacken Sie die zip-datei auf Ihrer Festplatte. Dabei ist darauf zu achten, dass der angegebene Pfad keine Leerzeichen enthält (C:\Program Files\OpenModelica1.7.0 geht nicht, da Leerzeichen enthalten sind). Wir empfehlen den Pfad C:\OpenModelica Setzen der Umgebungsvariablen: Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf den Arbeitsplatz und öffnen Sie das Menü Eigenschaften. Bei dem Auswahlmenü Erweiterte Systemeinstellungen finden Sie die Umgebungsvariablen (siehe Abb. 1). Ergänzen Sie die folgenden Variablen, wie es in Abb. 2 dargestellt ist: 2

4 Name OPENMODELICAHOME OPENMODELICALIBRARY PTII (zwei Mal gorßes i am Ende) DRMODELICAHOME Wert C:\OpenModelica1.7.0\ C:\OpenModelica1.7.0\lib\omlibrary\msl31 C:\OpenModelica1.7.0\bin\ptplot.jar "C:\OpenModelica1.7.0\share\omnotebook\drmodelica" Tabelle 1: Umgebungsvariablen Abbildung 1: Systemeigenschaften 3

5 Abbildung 2: Umgebungsvariablen Die Installation von OpenModelica ist nun abgeschlossen und alle wichtigen Programmdateien befinden sich im Ordner C:\OpenModelica1.7.0\bin. Zur komfortableren Bedienung der Programme könnten Sie noch Verknüpfungen der Dateien OMShell.exe, OMEdit.exe und OMNotebook.exe auf Ihrem Desktop erstellen. Klicken Sie anschließend mit der rechten Maustaste auf eine dieser Verknüpfungen und ändern Sie das Arbeitsverzeichnis auf C:\OpenModelica1.7.0\tmp (siehe Abb. 3). 4

6 Abbildung 3: Ändern des Arbeitsverzeichnisses einer Verknüpfung 2.2 unter Ubuntu Die hier beschriebene Installation wurde unter Ubuntu vorgenommen und ist für alle Ubuntuversionen ab gültig. Folgende Schritte müssen Sie für die Installation befolgen: 1. Kopieren Sie folgende Codezeilen: 1 deb http :// build. openmodelica. org / apt stable contrib 2 deb http :// build. openmodelica. org / apt release contrib 3 deb http :// build. openmodelica. org / apt nightly contrib in die source.list, in der Konsole aufrufbar mit: 5

7 1 sudo <Texteditor > / etc / apt / sources. list Möchten Sie nur stabile Versionen nutzen, sollten Sie die letzten zwei Zeilen weglassen. Die zweite Zeile installiert automatisch alle Release Candidates und die dritte alle Nightly Builds. 2. Importieren Sie den GPG-Key (GNU Privacy Guard-Key). Dafür muss man folgende Zeile in der Konsole ausführen: 1 wget -q http :// build. openmodelica. org / apt / openmodelica. asc -O - 2 sudo apt - key add - Um sicher zu gehen, dass der richtige Schlüssel importiert wurde, kann man 1 sudo apt - key fingerprint in der Konsole ausführen. In der angezeigten Liste sollte folgende Zeile enthalten sein: 1 pub 2048 R / Schl.- Fingerabdruck = D229 AF1C E5AE D74E 5 F59 DF30 3 A59 B uid OpenModelica Build System < build@openmodelica. org > 4 sub 2048 R/ E Um auch Source Packages installieren zu können, muss noch folgende Zeile in die source.list eingefügt werden: 1 deb - src http :// build. openmodelica. org / apt nightly contrib Dann kann mit der eigentlichen Installation von OpenModelica begonnen werden. Dazu müssen folgende Zeilen in einer Konsole ausgeführt werden: 1 sudo apt - get update 2 sudo apt - get install openmodelica =8711 Der Zusatz =8711 steht für die Version Lässt man diesen Zusatz weg, wird automatisch die neuste OpenModelica Version installiert. Natürlich kann dort auch jede 6

8 andere gewünschte Versionsnummer eingetragen werden. Um die installierte Version von OpenModelica beizubehalten, muss man die Zeilen, die man in der source.list hinzugefügt hat, wieder entfernen. Die einzelnen Modelica Programme sind nun per Konsole aufrufbar (den Namen des gewünschten Programms eintippen, auf Groß- und Kleinschreibung achten) oder unter Anwendung Entwicklung zu finden. 3 Einführende Beispiele 3.1 OMEdit Zum Test der Entwicklungsumgebung soll an dieser Stelle ein RC-Glied mit Hilfe von OMEdit grafisch modelliert und anschließend simuliert werden. Dazu sind folgende Schritte nötig: 1. Starten Sie das Programm OMEdit. 2. Erstellen Sie unter dem Menüpunkt File New Model ein neues Modell mit dem Namen RC_Tiefpass. 3. Ziehen Sie aus der Modelica Standard Library, die rechts im Programmfenster dargestellt ist, folgende Bauteile in die Mitte: Modelica Blocks Sources: Pulse Modelica Electrical Analog Basic: Capacitor Modelica Electrical Analog Basic: Resistor Modelica Electrical Analog Basic: Ground Modelica Electrical Analog Sources: Signalvoltage Modelica Electrical Analog Sensors: VoltageSensor 7

9 4. Verbinden Sie die Bauteile gemäß Abbildung 4. Abbildung 4: RC_Tiefpass 5. Nachdem Sie auf das Simulate-Symbol in der Toolbox geklickt haben, sollte die Simulation starten (Simulationsparameter wie vorgeschlagen). Auf der rechten Seite erscheinen nun die Plot-Variablen, deren Verlauf im Scope angezeigt werden kann. Wenn Sie die Spannung der Quelle (Umgebungsvariable Signalvoltage1.v ) und die Spannung am Kondensator (Umgebungsvariable voltagesensor1.v ) darstellen, sollte Ihr Ergebnis genau wie in Abbildung 5 aussehen. Abbildung 5: Ergebnis der Simulation 8

10 3.2 OMShell Mit Hilfe der OMShell können Modelica Modelle textuell eingegeben und simuliert werden. Um den Umgang mit diesem Programm zu erleichtern, wird in den folgenden Schritten die Differentialgleichung dx = x in die OMShell gelöst. dt 1. Starten Sie das Programm OMShell. 2. Geben Sie das Modell dgl, wie in Abbildung 6 dargestellt, ein. Achten Sie dabei darauf, dass die Zeilenumbrüche mit der Tastenkombination Shift+Enter eingegeben werden. Bestätigen Sie anschließend die Eingabe mit Enter. Abbildung 6: Eingabe des Modelica-Modells dgl in die OMShell 3. Mit dem Befehl simulate(dgl, starttime = 0, stoptime = 5) wird die Simulation gestartet und somit die Differentialgleichung gelöst. 4. Der Zeitverlauf der Variable x wird mit plot(x) am Bildschirm ausgegeben. Das Resultat der Simulation ist in Abbildung 7 dargestellt. 9

11 Abbildung 7: Simulationsergebnis 10