Modelica è un linguaggio ad oggetti open source basato su equazioni per la modellazione di sistemi fisici complessi contenenti, ad esempio, meccanica, elettronica, idraulica, termica e controlli.

Perché è nato il linguaggio modelica?

• Per la modellazione del comportamento dinamico di complessi sistemi multidominio.
• I modelli sono descritti da equazioni differenziali, algebriche e discrete.
• Nessuna modellazione tramite equazioni differenziali alle derivate parziali, cioé no FEM (metodi agli elementi finiti) e no CFD (Computational Fluid Dynamics), ma riutilizzo dei loro risultati.

Modello dettagliato di veicolo

Ambiente di Simulazione basato su Modelica

Dymola è un ambiente di simulazione basato su Modelica e completamente compatibile con tutte le sue librerie. Questo significa che Dymola è in grado di risolvere e simulare correttamente qualsiasi modello sviluppato con Modelica.

Ambiente di simulazione basato su Modelica

Caratteristiche del linguaggio Modelica

• Notazione matematica per matrici ed array non solo composti da numeri, ma anche da modelli.
• Sottomodelli rimpiazzabili e modificabili: ad esempio è possibile cambiare velocemente tra versioni diverse di una trasmissione in un modello di veicolo.
• Costrutti per definire sistemi discontinui e variabili, come ad esempio switch o attriti.
• Funzioni matematiche con un numero variabile di input / output. La parte procedurale di Modelica è usata come linguaggio di scripting.
• Chiamata di funzioni scritte in C, Fortran e Java all’interno di Modelica.
• Potente concetto di libreria (I compilatori dispongono di informazioni sufficienti per la ricerca automatica all’interno di modelli , la gestione della versione, aggiornamento dei modelli, …).

Linguaggio di modellazione ad oggetti

Modelica è un linguaggio di modellazione ad oggetti in cui:

• Ogni icona rappresenta un componente fisico (resistenza elettrica, pompa, …).
• Una linea di connessione rappresenta il reale accoppiamento fisico (cavo, flusso di fluido, flusso di calore, …).
• Un componente può essere costituito da sottosistemi connessi (= struttura gerarchica) e/o è descritto da equazioni.
• Attraverso algoritmi di manipolazione simbolica, la descrizione Modelica di alto livelloviene tradotta in un set di equazioni differenziali algebriche.

Schema di un modello in Dymola basato su Modelica

• Per ogni dominio vengono quindi definiti i relativi connettori causali e/o acausali (bidirezionali).

Tipologie di connettori Modelica

• Ogni tipologia di connettori è compatibile solo con se stessa, in quanto è definita a partire dalle grandezze fisiche relative al dominio ingeristico di appartenenza.
• Per ogni dominio vengono inoltre definite le leggi fisiche di bilancio relative ad ogni generico componente.

Definizione di un componente di base utilizzando il codice Modelica

• I modelli sono costituiti da una rappresentazione sotto forma di codice sorgente Modelica e dalla relativa rappresentazione grafica sotto forma di schema a blocchi.
• Ogni blocco grafico rappresenta un’istanza di una classe definita all’esterno del modello.
• Le istanze di classi esterne possono venire modificate e rinominate in fase di dichiarazione.
• Le connessioni fra blocchi non sono altro che equazioni.

Modellazione ad oggetti testuale e a blocchi basata su Modelica

Modello di un sistema complesso multidominio, modellando utilizzando le classi e Modelica

Hardware in the loop

Il codice sorgente Modelica di ogni modello può essere facilmente suddiviso in unità logiche e quindi partizionato definendo differenti task e subtask. Una volta definite tali unità logiche il tool di sviluppo basato su Modelica (Dymola) sarà in grado di suddividere automaticamente le equazioni e di generare codice per ogni target fisico, grazie alla struttura della sintassi Modelica.

Hardware in the loop con Modelica