Računalniška simulacija

Opis predmeta

Uvod: definicije, modeliranje in simulacija kot enovit ciklični postopek, uporabnost na področju vodenja sistemov.

Osnove modeliranja: ravnotežni zakoni, teoretično in eksperimentalno modeliranje, značilni primeri.

Vrste modelov in simulacij: zvezna, diskretna-dogodkovna, hibridna, simulacija v realnem času.

Metode za simulacijo: indirektna in implicitna metoda, simulacija prenosnih funkcij – vgnezdena in delitvena metoda, simulacija sistemov z velikimi zakasnitvami.

Orodja za simulacijo: osnovne lastnosti dobrih orodij.

Simulacija s pomočjo osnovnih funkcij okolja Matlab.

Simulacija v okolju Matlab-Simulink: osnovne zmožnosti, zahtevnejše zmožnosti: podsistemi in maskiranje, pogojno izvršljivi sistemi, analiza in optimizacija modelov podanih s Simulink shemo: izvajanje Simulink modela iz okolja Matlab, linearizacija, analiza ustaljenega stanja, optimizacija, S-funkcije.

Več- domensko, objektno-orientirano modeliranje: kavzalno in nekavzalno modeliranje, pomembne lastnosti OO okolij. Jezik Modelica, standardne knjižnice, okolja Modelica, okolje Dymola.

Kako deluje digitalna simulacija. Numerično integriranje, vrstni algoritem. Simulacija s pomočjo splošno namenskih programskih jezikov.

Numerični postopki in njih problematika: integracijske metode, numerična stabilnost, problem nezveznosti, problem algebrajske zanke.

Simulacija sistemov diskretnih dogodkov. Strategija proženja z dogodkovnimi grafi in procesnimi tokovi. Primeri v okoljih Matlab, SimEvents, Enterprise Dynamics, AnyLogic. Statistične značilnosti.

Inženirski pristop v eksperimentalnem modeliranju. Eksperimentalno modeliranje proporcionalnih in integrirnih procesov. Inženirsko razumevanje odzivov in poenostavljenih modelov.

Predmet učimo na programih

Elektrotehnika 1. stopnja

Cilji in kompetence

Računalniška simulacija je najpomembnejši, najsplošnejši pa tudi relativno enostaven pristop pri analizi in načrtovanju sistemov in tudi sistemov vodenja. Osnovni cilj je predstavitev področja na zanimiv način preko številnih primerov in z uporabo računalniških orodij. Študenti bodo spoznali osnovne pristope pri modeliranju predvsem zveznih, pa tudi dogodkovnih sistemov, osnovne pristope pri simulaciji, spoznali bodo osnovne in naprednejše zmožnosti računalniških orodij, seznanili pa se bodo tudi z numerično problematiko pri simulaciji.

Metode poučevanja in učenja

Predavanja in laboratorijske vaje.

Predvideni študijski rezultati

Po uspešno opravljenem predmetu naj bi bili študenti zmožni:

-razviti matematične modele enostavnih procesov s teoretičnim modeliranjem,

-razviti matematične modele enostavnih procesov z inženirskim pristopom eksperimentalnega modeliranja,

-pojasniti, kako deluje digitalna simulacija,

-izbrati računalniško orodje za modeliranje in simulacijo,

-uporabiti računalniški orodji za modeliranje in simulacijo: Matlab-Simulink in Dymola-Modelica,

-razviti tudi zahtevnejše simulacijske modele v okolju Matlab-Simulink, Dymola-Modelica ali v splošnonamenskem programskem jeziku,

-izbrati ustrezni numerični integracijski postopek.

Temeljni viri in literatura

Osnovna/basic

B. Zupančič, Računalniška simulacija, učbenik v delovni verziji, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko, 2017.
B. Zupančič, Modelica, učbenik v delovni verziji, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko, 2017.
B. Zupančič, R. Karba, D. Matko, I. Škrjanc, Simulacija dinamičnih sistemov, Založba FE in FRI, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko , 2010.
J.B. Dabney, T.L. Harman , Mastering SIMULINK , Prentice Hall, Upper Saddle River, N.J., USA, 200
S. Oblak, I. Škrjanc, Matlab s Simulinkom : priročnik za laboratorijske vaje, 1. izdaja, Založba FE in FRI, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko, 200

Dodatna/additional

D. Matko, B. Zupančič, R. Karba , Simulation and Modelling of Continuous Systems – A Case Study Approach, Prentice Hall, 1992.
Dymola, Dynamic Modeling Laboratory, Users manual, ver 2014 FD01. Dessault Systems, Dynasim AB, Sweden, Lund, 2013.
R. Karba, Modeliranje procesov, 1. izdaja, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko, 1999.
F.E. Cellier, Continuous System Modeling, Springer – Verlag, NY, USA, 1991.
F.E. Cellier, E. Kofman, Continuous System Simulation, Springer Science+Business Media, Inc., NY, USA, 2006
P. Fritzson, Principles of Object Oriented Modeling and Simulation with Modelica 2.1, IEEE Press, John Wiley&Sons, Inc., Publication, USA, 2004

S. Raczynski, Modeling and Simulation, John Wiley & Sons, Ltd., England, 2006