Für die Entwicklung mechatronischer Systeme ist eine Systemsimulation erforderlich, die physikalische Zusammenhänge korrekt abbildet und eine übersichtliche Struktur ermöglicht, da solche Systeme aus eng gekoppelten mechanischen, elektrischen und regelungstechnischen Komponenten bestehen. In der Praxis stehen jedoch meist zwei getrennte Ansätze zur Verfügung: die signalbasierte Modellierung (SBM) mit klarer Datenflussstruktur und die gleichungsbasierte Modellierung (EBM), die physikalische Beziehungen mithilfe von Differential-Algebraischen Gleichungen (DAEs) beschreibt. Diese Arbeit untersucht, wie beide Prinzipien in einem hybriden modularen Rahmen vereint werden können, sodass Teilsysteme (Module) durch Gleichungen formuliert werden (EBM-Komponente), während ihre Kopplung über explizite Ein und Ausgänge erfolgt (SBM-Komponente). Als konzeptionelle Inspiration dient das Functional Mock-up Interface (FMI), ein offener Industriestandard für den Austausch von Simulationsmodellen. Der Rahmen wurde in Python implementiert.Zur Demonstration wurden verschiedene Modelle eines elektrischen Filtersystems sowie ein nichtlineares Modell eines prothetischen Beins umgesetzt. Die Simulationsergebnisse wurden mit Referenzmodellen in OpenModelica und Simulink verglichen und zeigten eine konsistente Übereinstimmung. Die Arbeit zeigt, dass ein hybrider, modular aufgebauter Rahmen die Implementierung eines funktionalen Werkzeugs auf Basis von Prinzipien des FMI-Standards ermöglicht und durch seine Struktur erste Schritte in Richtung zukünftiger Co-Simulation unterstützt. Die Ergebnisse stimmen mit denen der Referenzmodelle überein, gleichzeitig bietet der Rahmen einen neuartigen und praktischen Ansatz zur Darstellung und Lösung mechatronischer Modelle.
Mitar Bursac (Sun,) studied this question.