Opis predmeta
Predmet študentu predstavi področje računalniške simulacije. Glavni namen predmeta je predstavitev področja preko primerov in z uporabo računalniških orodij. Predstavi tudi osnovne pristope k modeliranju in simulacij procesov, pa tudi naprednejša računalniška orodja za simulacijo.
Splošno
- koda predmeta: 64133
- študij: univerzitetni, 1. stopnja
- nosilec: doc. dr. Gorazd Karer
Vsebina
- 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, diskretnodogodkovna, 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 Simulinkovo shemo: izvajanje Simulinkovega modela iz okolja Matlab, linearizacija, analiza ustaljenega stanja, optimizacija, S-funkcije,
- večdomensko, objektno usmerjeno modeliranje: kavzalno in nekavzalno modeliranje, pomembne lastnosti objektno usmerjenih okolij. Jezik Modelica, standardne knjižnice, okolja Modelica, okolje Dymola,
- kako deluje digitalna simulacija. Numerično integriranje, vrstni algoritem. Simulacija s pomočjo splošnonamenskih programskih jezikov,
- numerični postopki in numerična problematika: integracijske metode, numerična stabilnost, problem nezveznosti, problem algebrajske zanke,
- inženirski pristop v eksperimentalnem modeliranju. Eksperimentalno modeliranje proporcionalnih in integrirnih procesov. Inženirsko razumevanje odzivov in poenostavljenih modelov.
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.
Predvideni 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.
Metode poučevanja
- predavanja,
- laboratorijske vaje.
Gradivo
Obvezno
- Zupančič, B., Računalniška simulacija, učbenik v delovni verziji, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko.
- Zupančič, B., Karba, R., Matko, D., Škrjanc, I., Simulacija dinamičnih sistemov, Založba FE in FRI, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko , 2010.
- Dabney, J. B., Harman, T. L., Mastering SIMULINK , Prentice Hall, Upper Saddle River, N.J., USA, 2004.
- Oblak, S., Škrjanc, I., Matlab s Simulinkom : priročnik za laboratorijske vaje, 1. izdaja, Založba FE in FRI, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko, 2005.
Dodatno
- Matko, D., Zupančič, B., Karba, R., Simulation and Modelling of Continuous Systems – A Case Study Approach, Prentice Hall, 1992.
Dymola, Multi-engineering modelling and simulation, Users manual, ver 7.4. Dessault System, Dynasim AB, Sweden, Lund, 2011. - Karba, R., Modeliranje procesov, 1. izdaja, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko, 1999.
- Cellier, F. E., Continuous System Modeling, Springer – Verlag, NY, USA, 1991.
- Cellier, F. E., Kofman, E., Continuous System Simulation, Springer Science+Business Media, Inc., NY, USA, 2006
- Fritzson, P., Principles of Object Oriented Modeling and Simulation with Modelica 2.1, IEEE Press, John Wiley&Sons, Inc., Publication, USA, 2004
- Raczynski, S., Modeling and Simulation, John Wiley & Sons, Ltd., England, 2006