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Lernmaterialien für Modelica an der Fachhochschule Bielefeld

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TESTE DEIN WISSEN

Was sind die Zustände in einem Modelica-Modell?

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  • Informationen, die zur vollständigen Beschreibung der momentanen Eigenschaften des Systems erforderlich sind, sofern sie nicht schon als Parameter des Systems mit seinen unveränderlichen Eigenschaften festliegen. 
  • Sie beschreiben die Energie im System. 
  • Sie sind zeitlich veränderlich und demnach an ihrer Ableitung in Modelica erkennbar.
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Welche Gleichungen werden bei einer Verbindung erzeugt?

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  • Die Connectorgleichungen -> Ein und Ausgangsgrößen der Bauteile werden verbunden 
  • Also 1. Die Gleichung zur Gleichheit der Potential Variablen (u1=u2=..un). 
  • 2. die Ausgleichsgleichung der Flow Variablen (i1+i2+..in = 0). 
  • Für einen Knotenpunkt zwischen N Bauteilen wird pro Bauteil eine Gleichung also insgesamt N Gleichungen benötigt! 
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Jede Verbindung besteht aus zwei Arten von Variablen. Welche?

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Potential und Fluss Variablen 

Beispiel: (Elektrisch: u Potenzial, i Fluss)

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Wie werden Schnittstellen in Modelica formuliert?

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  • Schnittstellen sind die Verbindungspunkte, durch die die Körper jeweils unabhängig voneinander entwickelt werden.
  • Schnittstellen können in Modelica mit der Connect Klasse realisiert werden.
  • Die Variablen einer Schnittstelle sollten voneinander unabhängig sein, damit die Komponenten beliebig verschaltet werden können.


Die Gleichungen müssen auf relevante Randbedingungen an Verbindungen führen. Randbedingungen sind dabei die Potentialgrößen (Position, Spannung..).Die Gleichungen der Connect Anweisung connect(..) muss auf die Bilanzgleichungen führen, damit diese bei der Verbindung erfüllt sind. Bilanzgleichungen sind die Gleichungen der Fluss Variablen wie Strom (Kirchhoff) und Kräftebilanz. Der Connector verweist also auf diese Gleichungen. 

Die Anzahl der Gleichungen lässt sich wieder durch die Unbekannten – Flussgrößen errechnen. 

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Nennen Sie zwei Klassen, die es in Modelica gibt?

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In Modelica ist alles eine Klasse! 

Beispiele: Model, Connector, Package, Function, Type, Block

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Wie können Einheiten in Modelica dargestellt werden?

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Die Einheiten in Modelica werden in der Type Klasse definiert. Mit den Parametern unit und displayUnit werden die Einheiten festgelegt und werden beim Modellieren angezeigt. 

Die SI Units können aus der entsprechenden Klasse verwendet werden. 

Beispiel: 

type Angle = Real (

    final quantity="Angle",

    final unit="rad",

    displayUnit="deg");

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Welche Modellierungs-Ebenen hat ein Modelica-Modell?

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  • Textuelle Darstellung (Code mit Klassen etc.)
  • Komponenten Darstellung (Realisieren von Verbindungen von Bauteilen -> Text wird automatisch generiert für Verbindungen)
  • Äußere graphische Darstellung (reine bildliche Darstellung). 

 

Reihenfolge: 

  • Erst Komponenten einfügen und Verbinden 
  • Gleichungen aufstellen mit Parametern und Variablen 
  • Graphische Darstellung zeichnen 
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Wofür wird partial oder extends verwendet?

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Mit partial und extends lasst sich objektorientierte Abstraktion und Vererbung realisieren.

Um ein Abstraktes Modell zu definieren und zu verwenden. 

Dieses Modell ist eine Basisklasse dessen Werte und Funktionen in weiteren Klassen verwendet werden (vererbt) können. Das Basismodell wird mit partial gekennzeichnet, da es kein vollständiges Modell ist (Gleichungen Fehlen, Flussvariablen müssen im extented Model zugefügt werden). Das partielle Modell kann dann von einem spezifischen Modell mit dem Keyword extends verwendet werden und erbt die Eigenschaften. 

Beispiel: TwoPin Klasse aus der Übung (ist ein partiales Model aus 2 Connectoren)  

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Wie werden Modelica-Bibliotheken organisiert?

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Modellica Bibliotheken werden über die Package Klasse hierarchisch organisiert. Dabei kann ein Package mehrere unterpackages besitzen oder auch Modelle und andere Klassen.

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Erklären Sie den Unterschied zwischen einer algorithm- und equation-Sektion.

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Gleichungen können verwendet werden zur Deklaration, Modifikation, Connectoren oder normalen Gleichungen. 

Ein Algorithmus besteht meist aus Anweisungen/Zuweisungen, Verzweigungen und Schleifen. 

Außer den unterschiedlichen Anwendungsfall von algorithm und equation unterscheiden sie sich darin, dass Variablen in einer algorithm Sektion mehrmals zugewiesen werden können (also neu definiert), was in der equation nicht möglich ist. 

Die algorithm Sektion ist also speziell für eine Funktionalität (Beschreibung) ausgelegt (z.B. Summe bilden). 

  • Algorithm nur wenns nötig ist verwenden symbolische Verarbeitung ist eingeschränkt!
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Erläutern Sie die Grundzüge, um ein Modelica-Modell in die Zustandsform zu transformieren.

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Zunächst werden die DAEs aufgestellt. Die Variablen werden anschließend Gruppiert und strukturiert dargestellt. Dann wird das Matching durchgeführt wobei den Variablen jeweils eine Gleichung zugeordnet wird und ein gerichteter Graph (Pfeile von den Variablen auf die verbleibenden Gleichungen (ausgenommen der zugeordneten Variablen) erstellt. Dann werden die Quellen (Start) und Senken (Ende) herausgestellt sowie starke Komponenten (Loops). Anschließend wird das Gleichungssystem sortiert und Gleichungen die gleichzeitig gelöst werden können stellen sich durch das Tarjan Verfahren heraus, sowie die Reihenfolge der Auswertung. 

Verfahren LERNEN

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Wodurch wird das dynamische Verhalten eines Modelica-Modells beschrieben?

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Durch das System von differential-algebraischen Gleichungen (DAEs)

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Q:

Was sind die Zustände in einem Modelica-Modell?

A:
  • Informationen, die zur vollständigen Beschreibung der momentanen Eigenschaften des Systems erforderlich sind, sofern sie nicht schon als Parameter des Systems mit seinen unveränderlichen Eigenschaften festliegen. 
  • Sie beschreiben die Energie im System. 
  • Sie sind zeitlich veränderlich und demnach an ihrer Ableitung in Modelica erkennbar.
Q:

Welche Gleichungen werden bei einer Verbindung erzeugt?

A:
  • Die Connectorgleichungen -> Ein und Ausgangsgrößen der Bauteile werden verbunden 
  • Also 1. Die Gleichung zur Gleichheit der Potential Variablen (u1=u2=..un). 
  • 2. die Ausgleichsgleichung der Flow Variablen (i1+i2+..in = 0). 
  • Für einen Knotenpunkt zwischen N Bauteilen wird pro Bauteil eine Gleichung also insgesamt N Gleichungen benötigt! 
Q:

Jede Verbindung besteht aus zwei Arten von Variablen. Welche?

A:

Potential und Fluss Variablen 

Beispiel: (Elektrisch: u Potenzial, i Fluss)

Q:

Wie werden Schnittstellen in Modelica formuliert?

A:
  • Schnittstellen sind die Verbindungspunkte, durch die die Körper jeweils unabhängig voneinander entwickelt werden.
  • Schnittstellen können in Modelica mit der Connect Klasse realisiert werden.
  • Die Variablen einer Schnittstelle sollten voneinander unabhängig sein, damit die Komponenten beliebig verschaltet werden können.


Die Gleichungen müssen auf relevante Randbedingungen an Verbindungen führen. Randbedingungen sind dabei die Potentialgrößen (Position, Spannung..).Die Gleichungen der Connect Anweisung connect(..) muss auf die Bilanzgleichungen führen, damit diese bei der Verbindung erfüllt sind. Bilanzgleichungen sind die Gleichungen der Fluss Variablen wie Strom (Kirchhoff) und Kräftebilanz. Der Connector verweist also auf diese Gleichungen. 

Die Anzahl der Gleichungen lässt sich wieder durch die Unbekannten – Flussgrößen errechnen. 

Q:

Nennen Sie zwei Klassen, die es in Modelica gibt?

A:

In Modelica ist alles eine Klasse! 

Beispiele: Model, Connector, Package, Function, Type, Block

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Q:

Wie können Einheiten in Modelica dargestellt werden?

A:

Die Einheiten in Modelica werden in der Type Klasse definiert. Mit den Parametern unit und displayUnit werden die Einheiten festgelegt und werden beim Modellieren angezeigt. 

Die SI Units können aus der entsprechenden Klasse verwendet werden. 

Beispiel: 

type Angle = Real (

    final quantity="Angle",

    final unit="rad",

    displayUnit="deg");

Q:

Welche Modellierungs-Ebenen hat ein Modelica-Modell?

A:
  • Textuelle Darstellung (Code mit Klassen etc.)
  • Komponenten Darstellung (Realisieren von Verbindungen von Bauteilen -> Text wird automatisch generiert für Verbindungen)
  • Äußere graphische Darstellung (reine bildliche Darstellung). 

 

Reihenfolge: 

  • Erst Komponenten einfügen und Verbinden 
  • Gleichungen aufstellen mit Parametern und Variablen 
  • Graphische Darstellung zeichnen 
Q:

Wofür wird partial oder extends verwendet?

A:

Mit partial und extends lasst sich objektorientierte Abstraktion und Vererbung realisieren.

Um ein Abstraktes Modell zu definieren und zu verwenden. 

Dieses Modell ist eine Basisklasse dessen Werte und Funktionen in weiteren Klassen verwendet werden (vererbt) können. Das Basismodell wird mit partial gekennzeichnet, da es kein vollständiges Modell ist (Gleichungen Fehlen, Flussvariablen müssen im extented Model zugefügt werden). Das partielle Modell kann dann von einem spezifischen Modell mit dem Keyword extends verwendet werden und erbt die Eigenschaften. 

Beispiel: TwoPin Klasse aus der Übung (ist ein partiales Model aus 2 Connectoren)  

Q:

Wie werden Modelica-Bibliotheken organisiert?

A:

Modellica Bibliotheken werden über die Package Klasse hierarchisch organisiert. Dabei kann ein Package mehrere unterpackages besitzen oder auch Modelle und andere Klassen.

Q:

Erklären Sie den Unterschied zwischen einer algorithm- und equation-Sektion.

A:

Gleichungen können verwendet werden zur Deklaration, Modifikation, Connectoren oder normalen Gleichungen. 

Ein Algorithmus besteht meist aus Anweisungen/Zuweisungen, Verzweigungen und Schleifen. 

Außer den unterschiedlichen Anwendungsfall von algorithm und equation unterscheiden sie sich darin, dass Variablen in einer algorithm Sektion mehrmals zugewiesen werden können (also neu definiert), was in der equation nicht möglich ist. 

Die algorithm Sektion ist also speziell für eine Funktionalität (Beschreibung) ausgelegt (z.B. Summe bilden). 

  • Algorithm nur wenns nötig ist verwenden symbolische Verarbeitung ist eingeschränkt!
Q:

Erläutern Sie die Grundzüge, um ein Modelica-Modell in die Zustandsform zu transformieren.

A:

Zunächst werden die DAEs aufgestellt. Die Variablen werden anschließend Gruppiert und strukturiert dargestellt. Dann wird das Matching durchgeführt wobei den Variablen jeweils eine Gleichung zugeordnet wird und ein gerichteter Graph (Pfeile von den Variablen auf die verbleibenden Gleichungen (ausgenommen der zugeordneten Variablen) erstellt. Dann werden die Quellen (Start) und Senken (Ende) herausgestellt sowie starke Komponenten (Loops). Anschließend wird das Gleichungssystem sortiert und Gleichungen die gleichzeitig gelöst werden können stellen sich durch das Tarjan Verfahren heraus, sowie die Reihenfolge der Auswertung. 

Verfahren LERNEN

Q:

Wodurch wird das dynamische Verhalten eines Modelica-Modells beschrieben?

A:

Durch das System von differential-algebraischen Gleichungen (DAEs)

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