Modellazione a blocchi

Con Modelica è possibile creare modelli sia tramite un approccio ad alto livello utilizzando componenti, che a basso livello implementando i componenti di base o l’intero modello scrivendone le equazioni di governo.

In questa prima parte del tutorial andremo ad utilizzare il primo approccio. Le librerie sono molto ricche, quindi facilmente i comonenti di cui avremo bisogno saranno disponibili all’interno di esse. Avendo a disposizione un editor grafico come Dymola sarà quindi possibile andare a definire il modello andando a costruire il suo schematico trascinando i vari componenti all’interno del nostro modello, disegnandone le connessioni e parametrizzando i sottosistemi. Questo grazie alla struttura del linguaggio Modelica. In Modelica infatti ogni modello può contenere le specifiche testuali (annotations) relative alla sua parte grafica (icona). Questo consente la compatibilità completa fra differenti tool e ambienti di sviluppo dal momento che anche la parte grafica dei modelli è parte inegrante del codice Modellica e non del tool di sviluppo.

Uno schema a blocchi è composto dai seguenti elementi di base:

  • Un icona grafica che rappresenti ogni componente fisico del sistema, come ad esempio un motore elettrico, un giunto meccanico o una pompa idraulica.
  • Delle Interfacce che consentano accoppiamenti fra i componenti. In Modelica sono detti “connectors” e contengono le variabili che definiscono le possibili interazioni fra i componenti.
  • Le linee di connessione fra i connettori, che definiscono gli accoppiamenti fra i sottosistemi. Esse possono essere dirette o indirette e rappresentano delle conessioni fisiche fra componenti come ad esempio cavi elettrici, connessioni meccaniche rigide, flussi di calore o flussi di fluidi.
  • Ogni componente che descrive il sistema può essere a sua volta costituito da uno schema a blocchi, oppure contenere semplicemente una descrizione tramite equazioni nel linguaggio Modelica.
  • Eseguendo doppio click su qualsiasi componente, si aprirà la relativa finestra di dialogo in cui potremo andare a settare i parametri del componente, oppure cliccare su “Info” ed andarne a leggere la relativa documentazione. Come si vede nella figura qui di seguto a sinistra è presente il nome della variabile, poi compare un campo editabile in cui definirne il valore, ancora a destra troverete l’unità di misura associata a tale parametro (se ne esiste una), ed infine sull’estrema destra è presente una descrizione testuale del parametro.

    Modello semplice di drive train controllato tramite un algoritmo PID

    Modello semplice di drive train controllato tramite un algoritmo PID

  • Tramite l’utilizzo di algoritmi avanzati di manipolazione simbolica il linguaggio Modelica di alto livello viene tradotto in una forma compatibile con una risoluzione tramite l’applicazione di metodi iterativi numerici.

A partire da questa metodologia, possono essere modellati sistemi gerarchici di grandi dimensioni e di complessità elevata. Di seguito è presente uno screenshot della schermata standard di Dymola. Come potete vedere essa è composta da tre elementi principali:

  1. La “Editing window” in cui viene visualizzato il modello, e in cui andrete a modellare i vostri sistemi.
  2. Il “package browser” in alto a sinistra in cui sono presenti le librerie caricate in workspace. Da qui è possibile trascinare i componenti ed inserirli all’interno del modello nella editing window.
  3. Il “component browser” in basso a sinistra in cui viene visualizzato uno schema ad albero interattivo del modello.
Dymola, finestra principale di modellazione

Dymola, finestra principale di modellazione

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