مقدمه ای بر مدل کردن و شبیه سازی شی-گرا به وسیله زبان Modelica

این مطلب چکیده ای  از مقاله “مقدمه ای بر مدل کردن و شبیه سازی شی-گرا به وسیله Modelica”

می باشد وشما می توانید متن کامل مقاله را از اینجا دانلود نمایید.

مقدمه ای بر مدل کردن و شبیه سازی شی-گرا به وسیله Modelica

طرح کلی

• مقدمه ای بر مدل کردن و شبیه سازی
• Modelica نسل بعدی زبان مدل کردن و شبیه سازی
• وقایع جدا از هم، سیستمهای هیبریدی (ترکیبی)
• الگوریتم و توابع
• محیطهای مدل کردن و شبیه سازی

 

چرا مدل کردن و شبیه سازی؟

به وسیله مدل سازی، می توان توانایی درک کردن سیستمهای پیچیده را  افزایش داد و همچنین با طراحی و بهینه سازی های  مختلف می توان سیستم را از نظر کارایی تجزیه و تحلیل کرد. 

شبیه سازی این توانایی را به ما میدهد که مدل های مجازی را طراحی کنیم و آنها را با سیستمهای واقعی تطبیق دهیم که این امر سبب کاهش هزینه ها میشود.

سیستم چیست؟

سیستم متشکل از جزء یا اجزایی است که مایل هستیم در مورد مشخصات آن مطالعات انجام دهیم.که این سیستم میتواند سیستم گرمایش یک خانه باشد یا یک بازوی مکانیکی پیشرفته مورد استفاده در یک کار خانه.سیستمها را میتوان به دو دسته مصنوعی و طبیعی دسته بندی کرد.

آزمایشها

برای سیستمی که طراحی کردیم ما نیاز داریم بدانیم که آیا این سیستم کارآمد هست یا نه که باید مورد آزمایش قرار گیرد. از آنجا که این آزمایشها ممکن است پر هزینه باشد یا خطرناک و یا حتی موردی باشد که ابزار آن آزمایش هنوز موجود نباشد(برای مثال بحث تجهیزات و یا بازه زمانی مطرح شود)  باعث می شود که ما به مدل کردن و شبیه سازی روی بیاوریم.که در زمان حاضر سرمایه گذاری های زیادی بر روی این موضوع میشود.

مفهوم مدل

مدل یک سیستم به هرچیزی اطلاق می شود که آزمایش بتواند در مورد آن کاربرد داشته باشد و به سوالات ما در مورد آن سیستم پاسخ دهد. در واقع با مدل کردن، ما یک سیستم (فیزیکی یا ریاضی) را به صورت روابطی بین پارامترهای حاکم بر آن تعریف میکنیم و انتظار داریم سیستم بر اساس آن روابط عمل کند.

شبیه سازی

شبیه سازی در واقع آزمایشی است که بر روی مدل تعریف شده اجرا میگردد. به این صورت که در یک محیط شبیه سازی روابط حاکم بر یک مدل را-که ممکن است متشکل از چند جزء باشد- توسط برنامه شبیه ساز برهم کنشهای بین اجزای مدل را تحت بررسی قرار میدهیم.

 

The Next Generation

Modeling Language

اولین قدمها برای طراحی Modelica توسط Hildin Elmqvist در سپتامبر 1996 در امتداد پروژه ‘ESPRIT’

‘Simulatio in Europe Basic Research Work Group’  برداشته شد.

زبان Modelica توسط گسترش دهنده های زبان مدل سازی شی-گرا (Allan,Dymola,NMF,ObjectMath,Omola,SIDOPS+) و تعدادی از افرادی که در زمینه مدل کردن مشغول به فعالیت بودند طراحی شده .

بعد از 19 جلسه سه روزه در طی سه سال بالاخره نسخه 1.3  Modelicaدر دسامبر 1999 به اتمام رسید.

Modelica یک زبان شی گرا برای مدل کردن سیستم های بزرگ، پیچیده و ناهمگن فیزیکی است. این زبان قابلیت مدل سازی سیستمهای چند دامنه ای برای مثال مدلهای مکاترونیک، صنایع خودرو سازی و هوا فضا و … که شامل بخشهای مکانیکی، الکتریکی، هیدرولیکی، و سیستمهای کنترل اند را داراست.

Modelica به نحوی طراحی شده است که می تواند به همان روشی که یک مهندس سیستم واقعی را طراحی میکند و میسازد مورد استفاده قرار گیرد. به این صورت که اول از همه سعی میکند که اجزای استاندارد مثل موتورها، پمپ ها و شیرها را از کاتالوگهای شرکتهای سازنده با مشخصات و شرایط مناسب استفاده کند و اگر نتوانست پیدا کند آنگاه با استفاده از روابط استاندارد آنها را می سازد.

ویژگی های Modelica

Modelica از هر دو حالت مدل سازی سطح بالا به وسیله موقعیت و مدلسازی با جزئیات کتابخانه ای اجزا به کمک معادلات استفاده می کند.

مدل های استاندارد اجزا در کتابخانه های استاندارد Modelica موجود است.

استفاده از ویرایشگر گرافیکی مدل، یک مدل را می تواند با رسم کردن دیاگرام موقعیت با استفاده از ویرایشگر گرافیکی مدل تعریف کرد (شماتیک).

به وسیله قرار دادن آیکن ها که نمایانگر مدل های اجزا هستند و کشیدن ارتباط بین آنها و وارد کردن متغییرها در جعبه گفتگو (dialogue box).

یک سیستم میتواند به مجموعه ای از اجزای به هم پیوسته تفکیک کرد؛ مثل پمپ ها، شیرها، تانکها و… .

مدلهای فیزیکی با مشخصات رابطه  بین کمیتهای فیزیک سر و کار دارند.اتصالات کنشهای متقابل بین اجزا را بیان می کنند و در محیط گرافیکی به صورت خط بین اتصالات است.

اتصالات باید شامل تمامی کمیتهای مورد نیاز برای تشریح کنشهای متقابل بین اجزا باشد. ولتاژ و جریان برای اجزای الکتریکی، زاویه و تورگ برای موتورها، برای سیستمهای هیدرولیک فشار و جریان حجمی و …..

علاوه بر این Modelica میتواندآرایه ها را نیز پشتیبانی کند، همچنین می توان در آن از توابع خارجی مثل C  و FORTRAN استفاده کرد.

عناصر آرایه ها میتواند از اطلاعات اساسی مدل (Real,Integer,Boolean,String) یا به طور کلی مدل های اجزا باشد.

کتابخانه های Modelica

به منظور اینکه Modelica برای تبادل مدل مناسب باشد مهم است که کتابخانه های اجزا مشترک مورد استفاده در دسترس، آماده برای استفاده ، و قابل اشتراک گذاری بین کاربردهای مختلف باشد. به همین دلیل می توان از کتابخانه های استاندارد Modelica استفاده کرد.

محیط های شبیه سازی Modelica

به منظور استفاده از Modelica و کتابخانه های آن به یک مترجم نیاز است تا یک مدل Modelica را تغییر شکل دهد تا به فرمی درآید که در محیط شبیه سازی مناسب شبیه سازی شود. بنابراین باید الگوریتم های تبدیل نماد برا ی تبدیل معادلات به شکلی که بتوانند با روشهای استاندارد یکپارچه شوند. این الگوریتم های تبدیلی و حل کننده های معادلات در دو شبیه ساز Dymola و Mathmodelica موجود می باشند. هر دو شبیه ساز دارای محیط گرافیکی جهت انتخاب و جستجوی مدل، مترجم Modelica ، موتور شبیه سازی و تبدیل کننده نتایج به صورت گرافیکی.

لینکهایی برای آشنایی بیشتر با Modelica :

http://modelica.org این لینک سایت اصلی Modelica است.

http://www.modelica.org/documents در قسمت اسناد Modelica شما می توانید در مورد جدیدترین تغییرات نسخه های Modelica و همچنین نسخه های قدیمی اطلاعات کسب کنید و ویژگی های هر نسخه را در صورت تمایل دریافت کنید.

http://www.modelica.org/publications در این قسمت شما میتوانید اطلاعاتی در مورد کتابهایی که  بر پایه Modelica هستند، خود آموزهای Modelica، کنفرانسها، ژورنالها و پایان نامه هایی که بوسیله Modelica تهیه شده اند اطلاعاتی کسب نمایید و یا دانلودکنید.

http://www.modelica.org/libraries در قسمت کتابخانه های  Modelica شما می توانید کتابخانه های رایگان را دانلود کرده همچنین تعدادی کتابخانه های تجاری هم در این قسمت موجود است که اطلاعات تکمیلی را می توانید با مراجعه به سایت دریافت کنید.

http://www.modelica.org/tools در قسمت ابزارها شما می توانید به سایتهای سازنده محیط های شبیه سازی رایگان و تجاری دسترسی پیدا کرده و نمونه های کامل یا مدت دار را دانلود کنید.

این مطلب چکیده ای  از مقاله “مقدمه ای بر مدل کردن و شبیه سازی شی-گرا به وسیله Modelica”

می باشد وشما می توانید متن کامل مقاله را از اینجا  دانلود نمایید.