Die Modellierung und Simulation dynamischer Vorgänge ist ein etabliertes Werkzeug bei der Entwicklung und Untersuchung technisch-physikalischer Systeme. Gleichungsbasierte und objektorientierte Modellbeschreibungssprachen wie Modelica ermöglichen eine effiziente Modellierung bei gleichzeitig guter Wiederverwendbarkeit und Übersichtlichkeit. Der Modelica-Compiler übersetzt das Modell in eine mathematisch lösbare Form und erzeugt ein ausführbares Simulationsprogramm. Mithilfe symbolischer Verfahren kann der Berechnungsaufwand und die Zeit zur Auswertung der Modellgleichungen positiv beeinflusst werden. Die vorliegende Arbeit identifiziert Potenziale zur automatisierten Laufzeitverbesserung von Modelica-Modellen und untersucht geeignete Verfahren, welche in den open source Compiler OpenModelica implementiert werden. Die vorgeschlagenen Methoden basieren auf einer graphentheoretischen Repräsentation des Gleichungssystems. Graphenalgorithmen werden zur symbolischen Manipulation des Gleichungssystem benutzt, um die Ausführungszeit zu reduzieren und ein nicht-deterministisches Laufzeitverhalten zu vermeiden. Es werden Methoden aufgezeigt, welche automatisiert und generalisiert ohne manuelles Eingreifen in den Übersetzungsprozess zu einer beschleunigten Modellauswertung führen. Die vorliegende Arbeit leistet somit einen Beitrag für die Echtzeitfähigkeit von Modellen mit steigender Komplexität, effizienter Modellerstellung und leistungsfähigen, automatisierten Simulationsläufen, wie bspw. Parameterstudien oder virtuellen Testläufen. / Modelling and simulation of dynamic processes is a well-established tool for the development of technical and physical systems. Equation-based and object-oriented modelling languages such as Modelica enable an efficient way of modelling as well as good reusability and structuring of the model. The Modelica-Compiler translates the model to a solvable representation and compiles an executable simulation program. With the help of symbolic compiler methods, the calculation costs and executation time can be reduced. The present paper identifies potentials for the automated improvement of execution times of Modelica-based simulation models and investigates suitable methods which have been implemented in the OpenModelica Compiler. The proposed compiler methods are based on a graph representation of the underlying equation system. Graph algorithms are used for the symbolic manipulation of the system of equations to reduce execuation time and non-deterministic runtime behaviour. All presented methods can be applied automatically without addtional manual modifications during the compilation process. Hence, the present paper is a contribution to achieve faster simulation times of models with increasing complexity. This is an eminent requirement for a productive and highly automated virtual development process.

This thesis proposes and implements a flexible platform to perform Hardware-In-the-Loop (HIL) co-simulation using a Field-Programmable-Gate-Array (FPGA). The HIL simulations are performed with SystemModeler working as a software simulator and the FPGA as the co-simulator platform for the digital hardware design. The work presented in this thesis consists of the creation of: A communication library in the host computer, a system in the FPGA that allows implementation of different digital designs with varying architectures, and an interface between the host computer and the FPGA to transmit the data. The efficiency of the proposed system is studied with the implementation of two common digital hardware designs, a PID controller and a filter. The results of the HIL simulations of those two hardware designs are used to verify the platform and measure the timing and area performance of the proposed HIL platform.

<p>Examensarbetet behandlar en modellering av hyttgasnätet vid SSAB Oxelösund AB. Det objektorienterade modelleringsspråket Modelica används. Modellen valideras statiskt och dynamiskt för olika driftsfall med gott resultat. </p><p>Hyttgasen används delvis för generering av elektricitet i kraftverket. Simuleringar av modellen visar att hyttgasnätets konstruktion begränsar inflödet av hyttgas till kraftverket. Modellen används för att studera förändringar av hyttgasnätet som kan öka inflödet till kraftverket. I examensarbetet föreslås byte av de befintliga brännarna i kraftverket, införande av två extra brännare eller införande av en tryckstegringsfläkt. Samtliga förändringar möjliggör en ökad elproduktion i kraftverket, detta leder till ökad vinst för SSAB. </p><p>Olika driftsstörningar i hyttgasnätet simuleras för att ge förslag på åtgärder som kan minska störningen. Ett snabbstopp av kraftverket ger en tryckstegring i nätet. Störningen kan minskas genom att facklorna regleras av trycket i gasnätet, tryckregleringen kombineras med dagens reglering mot gasklockans nivå. När ett snabbstopp i blåsmaskinen studeras kan en modifiering av regulatorn till reglerspjället göras. Förändringen medför att gasklockans nivå stabiliseras. </p><p>För att minska förlusterna av gas bör facklornas reglering ändras. Facklornas reglering kan förbättras genom att fördelningen av den hyttgas som ska förbrännas i facklorna ändras. Om förbättringen införs i hyttgasnätet minskas förlusterna av hyttgas och elproduktionen i kraftverket kan ökas.</p>

<p>The hot rod and wire rolling process is widely used to produce rolled iron alloys in different shapes and dimensions. This industry has been under a constant development during the last decades. Today, complex geometries are produced at a high speed since it is possible to use several stands in each mill at the same time. A reason for the development is rising demands from customers. The most important demands are to save energy, to get better material properties and higher dimension accuracy. To meet these demands on speed and accuracy, a better control of how the material behaves in the process is needed. There is also a need to be able to quickly find a new setup of the mill in order to be able to produce other geometries.</p><p>The purpose with this Master Thesis is to model and simulate the hot rod and wire rolling process with the modeling language Modelica. The model is given the known inputs and the desired final result in order to compute the unknown inputs to the mill. To meet these goals, a model that depends on for example the gap between the rolls, the roll speeds and the tensions between different stands is needed. It should be possible to make simulations to find roll speeds or to calculate the tensions caused by known roll speeds.</p><p>With the help of models of the steps in the process, a model has been developed in Modelica. The model can be expanded to a mill with an arbitrary number of stands. In the search for the best way of modeling a hot rod and wire rolling mill, several algorithms have been simulated and analyzed in Modelica. The results from all simulations show that the billet and the groove should be described by different functions for the upper and the lower half. Furthermore, it is not a good solution to use only polynomials to describe the shapes in the process. A function with infinite derivative in the endpoints is needed to describe the billet in an acceptable way. The problem has also been solved using Matlab. In this work it is shown that the Modelica solution is preferred, compared to solving the optimization problems in Matlab. An advantage with the Modelica solution is that the model can be split into several easily connected sub models. Unfortunately it was even hard for Modelica to solve general problems. The describing functions made it hard to find the intersections and to keep the area constant during the rotation. The least square method could lead to bad approximations of the shapes.</p> / <p>Profilvalsning används idag globalt som en process för att tillverka metaller i olika former och har under de senaste årtiondena varit i en lång utvecklingsfas. Numera valsas komplicerade geometrier samtidigt som produktiviteten har ökat drastiskt tack vare möjligheten att valsa med flera valspar samtidigt. Under utvecklingsprocessen har även kraven från kunderna ökat, främst vad gäller energibesparing och noggrannhet på den slutgiltiga produktens dimensioner och materialegenskaper. För att kunna möta dessa krav på snabbhet och noggrannhet krävs större kontroll av hur materialet beter sig i valsningsprocessen och att det snabbt går att bestämma hur valsverket ska ställas in när en ny serie ska tillverkas.</p><p>Syftet med examensarbetet som redovisas i denna rapport är främst att modellera och simulera profilvalsningsprocessen med modelleringsspråket Modelica. Modellen ska sedan kunna användas för att utifrån givna indata till processen bestämma olika inparametrar till valsverket för att uppnå önskat slutresultat. För att nå dessa mål krävs en modell som bland annat beror på spelet mellan valsarna, valshastigheterna och dragen mellan olika valspar. Simuleringar ska kunna göras för att både bestämma önskade valshastigheter och för att beräkna vilka drag givna valshastigheter ger upphov till i valsverket.</p><p>Med hjälp av modeller och beskrivningar av de olika stegen i valsningsprocessen har en modell tagits fram i Modelica. Modellen har en given inprofil och kan sedan byggas ut till ett valsverk med önskat antal valspar. I Modelica har olika modeller och algoritmer simulerats och analyserats för att kunna svara på hur ett profilvalsverk modelleras på bästa sätt. Resultaten från de olika simuleringarna visar att heta och valsspår bör beskrivas med olika funktioner för den övre och för den undre delen av profilen. Det är ingen bra lösning att endast använda polynom för att beskriva de olika formerna. En basfunktion med oändlig derivata i ändpunkterna är nödvändig för att beskriva hetan på ett bra sätt. En fördel med Modelica är även att modellen enkelt kan delas upp i flera enkelt sammankopplade delmodeller. Tyvärr var det svårt även för Modelica att lösa generella problem. Funktionerna som användes för att beskriva de olika formerna gjorde det svårt att hitta skärningspunkter och att hålla arean konstant under rotationen. Minsta kvadratmetoden resulterade ibland i dåliga approximationer av de olika formerna.</p>

The main objective of this thesis is to introduce a four perspectives structure in order to provide one solution for traceability and dependability in the system design phase. The traceability between different perspectives help engineers have a clear picture of the whole system before goes to the real implementation.  Fuel Level Display system from Scania Truck is used to undertake as a case study to offer insights of the approach. A four perspectives structure is made in the first place in order to analysis traceability between different viewpoints. After implementing the Fuel Level Display system in Modelica, a verification scenario is specified to perform a complete requirement verification process for system design against requirements.

Examensarbetet behandlar en modellering av hyttgasnätet vid SSAB Oxelösund AB. Det objektorienterade modelleringsspråket Modelica används. Modellen valideras statiskt och dynamiskt för olika driftsfall med gott resultat. Hyttgasen används delvis för generering av elektricitet i kraftverket. Simuleringar av modellen visar att hyttgasnätets konstruktion begränsar inflödet av hyttgas till kraftverket. Modellen används för att studera förändringar av hyttgasnätet som kan öka inflödet till kraftverket. I examensarbetet föreslås byte av de befintliga brännarna i kraftverket, införande av två extra brännare eller införande av en tryckstegringsfläkt. Samtliga förändringar möjliggör en ökad elproduktion i kraftverket, detta leder till ökad vinst för SSAB. Olika driftsstörningar i hyttgasnätet simuleras för att ge förslag på åtgärder som kan minska störningen. Ett snabbstopp av kraftverket ger en tryckstegring i nätet. Störningen kan minskas genom att facklorna regleras av trycket i gasnätet, tryckregleringen kombineras med dagens reglering mot gasklockans nivå. När ett snabbstopp i blåsmaskinen studeras kan en modifiering av regulatorn till reglerspjället göras. Förändringen medför att gasklockans nivå stabiliseras. För att minska förlusterna av gas bör facklornas reglering ändras. Facklornas reglering kan förbättras genom att fördelningen av den hyttgas som ska förbrännas i facklorna ändras. Om förbättringen införs i hyttgasnätet minskas förlusterna av hyttgas och elproduktionen i kraftverket kan ökas.

The hot rod and wire rolling process is widely used to produce rolled iron alloys in different shapes and dimensions. This industry has been under a constant development during the last decades. Today, complex geometries are produced at a high speed since it is possible to use several stands in each mill at the same time. A reason for the development is rising demands from customers. The most important demands are to save energy, to get better material properties and higher dimension accuracy. To meet these demands on speed and accuracy, a better control of how the material behaves in the process is needed. There is also a need to be able to quickly find a new setup of the mill in order to be able to produce other geometries. The purpose with this Master Thesis is to model and simulate the hot rod and wire rolling process with the modeling language Modelica. The model is given the known inputs and the desired final result in order to compute the unknown inputs to the mill. To meet these goals, a model that depends on for example the gap between the rolls, the roll speeds and the tensions between different stands is needed. It should be possible to make simulations to find roll speeds or to calculate the tensions caused by known roll speeds. With the help of models of the steps in the process, a model has been developed in Modelica. The model can be expanded to a mill with an arbitrary number of stands. In the search for the best way of modeling a hot rod and wire rolling mill, several algorithms have been simulated and analyzed in Modelica. The results from all simulations show that the billet and the groove should be described by different functions for the upper and the lower half. Furthermore, it is not a good solution to use only polynomials to describe the shapes in the process. A function with infinite derivative in the endpoints is needed to describe the billet in an acceptable way. The problem has also been solved using Matlab. In this work it is shown that the Modelica solution is preferred, compared to solving the optimization problems in Matlab. An advantage with the Modelica solution is that the model can be split into several easily connected sub models. Unfortunately it was even hard for Modelica to solve general problems. The describing functions made it hard to find the intersections and to keep the area constant during the rotation. The least square method could lead to bad approximations of the shapes. / Profilvalsning används idag globalt som en process för att tillverka metaller i olika former och har under de senaste årtiondena varit i en lång utvecklingsfas. Numera valsas komplicerade geometrier samtidigt som produktiviteten har ökat drastiskt tack vare möjligheten att valsa med flera valspar samtidigt. Under utvecklingsprocessen har även kraven från kunderna ökat, främst vad gäller energibesparing och noggrannhet på den slutgiltiga produktens dimensioner och materialegenskaper. För att kunna möta dessa krav på snabbhet och noggrannhet krävs större kontroll av hur materialet beter sig i valsningsprocessen och att det snabbt går att bestämma hur valsverket ska ställas in när en ny serie ska tillverkas. Syftet med examensarbetet som redovisas i denna rapport är främst att modellera och simulera profilvalsningsprocessen med modelleringsspråket Modelica. Modellen ska sedan kunna användas för att utifrån givna indata till processen bestämma olika inparametrar till valsverket för att uppnå önskat slutresultat. För att nå dessa mål krävs en modell som bland annat beror på spelet mellan valsarna, valshastigheterna och dragen mellan olika valspar. Simuleringar ska kunna göras för att både bestämma önskade valshastigheter och för att beräkna vilka drag givna valshastigheter ger upphov till i valsverket. Med hjälp av modeller och beskrivningar av de olika stegen i valsningsprocessen har en modell tagits fram i Modelica. Modellen har en given inprofil och kan sedan byggas ut till ett valsverk med önskat antal valspar. I Modelica har olika modeller och algoritmer simulerats och analyserats för att kunna svara på hur ett profilvalsverk modelleras på bästa sätt. Resultaten från de olika simuleringarna visar att heta och valsspår bör beskrivas med olika funktioner för den övre och för den undre delen av profilen. Det är ingen bra lösning att endast använda polynom för att beskriva de olika formerna. En basfunktion med oändlig derivata i ändpunkterna är nödvändig för att beskriva hetan på ett bra sätt. En fördel med Modelica är även att modellen enkelt kan delas upp i flera enkelt sammankopplade delmodeller. Tyvärr var det svårt även för Modelica att lösa generella problem. Funktionerna som användes för att beskriva de olika formerna gjorde det svårt att hitta skärningspunkter och att hålla arean konstant under rotationen. Minsta kvadratmetoden resulterade ibland i dåliga approximationer av de olika formerna.

<p>When launching a satellite a separation system is used to keep the satellite attached to a launch vehicle during ascent and to separate it from the launch vehicle while in space. In separation analysis the separation is studied by simulations to see if requirements on the system can be fulfilled. The purpose of this master’s thesis is to investigate if separation analysis can be done using the modeling program OpenModelica and to evaluate OpenModelica and compare it to other modeling programs.</p><p>OpenModelica is free software implementing the Modelica language, which is an object-oriented language for modeling and simulation of complex physical systems. Modelica uses equation-based modeling, this means that the physical behaviour of a model is described by differential, algebraic and discrete equations and no particular variable needs to be solved manually.</p><p>The work is divided into two parts. The main part is to implement a mathematical model of a separation system in OpenModelica, simulate it and study the behaviour of the system. A Monte Carlo method, which randomly generates values for uncertain model parameters, is used when simulating the model. The other part of the work is to evaluate OpenModelica and compare it with other modeling programs, such as Matlab/Simulink, C/C++ and JAVA to see advantages and disadvantages with OpenModelica.</p>

<p>Mathematical models possible to simulate are of great importance in order to make successful projects in the aircraft manufacturing industry. An aircraft fuel system is very complex, containing pipes, tanks, orifices, valves and pumps. The principal of this thesis is using the tool Easy5, which no longer is considered reliable enough in terms of development and support. This thesis tries to evaluate the Modelica language as a possible alternative to Easy5. To make this evaluation, the components concerned in the fuel library in Easy5 are implemented to the Modelica language. Small hydraulic systems are built up in Dymola, and verified against Easy5 through simulation with high accuracy.</p><p>A model of the fuel system of an unmanned aerial vehicle (UAV) is built from the implemented Modelica components to examine how Dymola manage a large model. The simulation made in Dymola was considerably more time efficient than the one made in Easy5, in the range of minutes instead of hours. Thus, much time can be saved if Dymola is used instead of Easy5.</p><p>Finally, the components in the fuel library handle a two phase flow of fuel and air. Modeling a two phase flow is not trivial and discontinuous mass flow and pressure values are also implemented and discussed.</p> / <p>För att driva framgångsrika projekt inom flygindustrin är det av stor vikt att ha matematiska modeller som kan simuleras. Ett bränslesystem till ett flygplan kan ses som ett komplext system bestående av bl.a. rör, tankar, ventiler och pumpar. För närvarande använder uppdragsgivaren till detta examensarbete modeller till dessa komponenter i verktyget Easy5, vars framtid anses osäker med avseende på nyutveckling och support. Syftet med detta examensarbete är därför att utvärdera modelleringsspråket Modelica som möjligt alternativ till Easy5. För att kunna göra en utvärdering implementeras berörda komponenter i Modelica med utgångspunkt från Easy5s bränslebibliotek. Mindre hydrauliska system skapas i verktyget Dymola, och dessa verifieras mot Easy5 genom simuleringar. Simuleringsresultaten visar på hög överensstämmelse mellan de båda verktygen.</p><p>För att undersöka hur verktyget Dymola hanterar en stor modell skapas bränslesystemet till ett obemannat flygplan (UAV) utifrån de implementerade Modelicakomponenterna. Resultat tyder på att simuleringstiden kan kortas betydligt om Dymola används gentemot Easy5; storleksordningen minuter istället för timmar.</p><p>Avslutningsvis hanterar komponenterna i bränslebiblioteket ett massflöde av både bränsle och luft. Att modellera ett 2-fasflöde stöter på vissa simuleringstekniska komplikationer i form av diskontinuerliga massflöden och tryck, vilket visas och diskuteras.</p>

<p>OpenModelica is an open-source based development environment for Modelica coordinated by the Programming Environments Laboratory (PELAB) at Linköpings Universitet. Previously an external tool, PtPlot, has been used to create graphics from simulation data. This tool is poorly integrated with OMNotebook, the OpenModelica Notebook, which is a tool for creating interactive documents where Modelica code can be edited and evaluated. This thesis develops and implements a plotting API accessible from Modelica algorithmic code and extends OMNotebook to allow creation of diagrams and other forms of graphics without an external application.These diagrams are more customizable than those generated by PtPlot and allow for example logarithmic scaling. The new Modelica API for graphic programming allows access of graphic functionality from within Modelica models and Modelica functions.</p>