zkušenosti z výuky x33moscreativeconnections.cz/2012_modelicaseminar/jezek... · – omnotebook...
TRANSCRIPT
Univerzita Karlova v Praze, 1. lékařská fakulta, Laboratoř biokybernetiky a počítačové podpory výuky
Zkušenosti z výuky X33MOS
Filip Ježek
X33MOS
• Modelování a simulace • ČVUT FEL, katedra kybernetiky • Ing, 3 .semestr, Biomedicínské inženýrství • Povinný předmět
• Podobné předměty: Matlab/Simulink • Stabilita, linearizace, z-transformace,
identifikace…
Filip Ježek - Zkušenosti z výuky X33MOS – Modelica pro simulace
Proč Modelica
• Praktická zkušenost s modelováním • Jednoduchý návrh jednoduchých modelů • Mnoho možných praktických uplatnění • Univerzalita • Open-source vývojové prostředí • Průběžný nástup do průmyslu
Filip Ježek - Zkušenosti z výuky X33MOS – Modelica pro simulace
Cíle výuky
• Primární: – Co je modelování a k čemu je užitečné – Základy fyzikálního modelování v Modelica – Přehled dalších oblastí modelování
• Sekundární – Analytické schopnosti, inženýrský přístup – Přehled fyziologie – Práce v týmu, psaní technických zpráv – Testování OpenModelica
Filip Ježek - Zkušenosti z výuky X33MOS – Modelica pro simulace
Modelica
• Objektově orientovaný • Multidoménový (elektrické, mechanické,
elektronické, hydraulické...) • Otevřený
– Vyvíjí Modelica Association jako open-source
Filip Ježek - Zkušenosti z výuky X33MOS – Modelica pro simulace
Ukázka prvního cvičení – motivace
Modelica pro simulace
Ukázka prvního cvičení – motivace
Modelica pro simulace
Ukázka prvního cvičení – motivace
Modelica pro simulace
Ukázka akauzality – kulička na pružině
Filip Ježek - Zkušenosti z výuky X33MOS – Modelica pro simulace
Ukázka akauzality – kulička na pružině
Filip Ježek - Zkušenosti z výuky X33MOS – Modelica pro simulace
Ukázka akauzality – kulička na pružině
Filip Ježek - Zkušenosti z výuky X33MOS – Modelica pro simulace
Ukázka akauzality – kulička na pružině
Filip Ježek - Zkušenosti z výuky X33MOS – Modelica pro simulace
Probíraná témata z jazyka Modelica
• Akauzalita, principy rovnic • Konektory, fyzikální domény • Derivace, vícenásobné derivace, aproximace
parciálních derivací, pole • Události, diskrétní a hybridní simulace • Inicializace • Možnosti exportu a propojení s Matlabem • Expandable konektory • Objektový návrh, základy dědičnosti • Základy grafických anotací
Filip Ježek - Zkušenosti z výuky X33MOS – Modelica pro simulace
Co jsme vynechali
• Pokročilá dědičnost • Externí metody • Detaily kompilace • Pokročilá nastavení numerického solveru • Procedurální metody: algorithm a function • Pokročilé možnosti anotací, správa jednotek • Packages • Optimalizační metody
Modelica pro simulace
Nejčastější problémy
• Nepochopení výhod akauzálního objektového návrhu, tvorba kauzálně, „simulinkovitě“
• Nepochopení fyzikálního principu, bez nadhledu
• Nepochopení charakteru toku v tokových konektorech
• Chyby ve zdrojových článcích • Software
Filip Ježek - Zkušenosti z výuky X33MOS – Modelica pro simulace
Software
• OpenModelica.org – OMEdit – (OMOptim) – OMNotebook
• Dymola – 7.4 Demo – Pro semestrální práce sponzorské license
Filip Ježek - Zkušenosti z výuky X33MOS – Modelica pro simulace
Semestrální práce
• V týmu 2-3 studenti • Celkem 22 prací • Témata:
– Reimplementace simulinkového modelu – Implementace modelu dle článku – Model týkající se diplomky – Vlastní zadání
Filip Ježek - Zkušenosti z výuky X33MOS – Modelica pro simulace
• Nerudová, Anýž: Model pulzujícího srdce – PV křivka srdečního
objemu a tlaku během kontrakce
– akauzální zapojení
Modelica pro simulace
Ukázky ze semestrálních prací
Filip Ježek - Zkušenosti z výuky X33MOS – Modelica pro simulace
• Debre, Hlaváč, Cupal, Kučera: Model kardiovaskulárního systému s karotidovým baroreflexem – Reimplementace
Simulink modelu – Rozsáhlý model dvou
skupin – možnosti integrace dvou
subsystémů vyvíjených nezávisle
Ukázky ze semestrálních prací
• Nedvědová, Doležalová:
ECMO – Pokročilý model
zabývající se výměnou krevních plynů v oxygenátoru
– využívá principy Modelica.Fluid
– Physiolibrary
Ukázky ze semestrálních prací
Filip Ježek - Zkušenosti z výuky X33MOS – Modelica pro simulace
• Ondřej Hajný: Model kosterního svalstva horní končetiny – Knihovna MultiBody,
vlastní rozšíření – 3D vizualizace
Modelica pro simulace
Ukázky ze semestrálních prací
Filip Ježek - Zkušenosti z výuky X33MOS – Modelica pro simulace
• Váchová, Kika, Horálková: Teoretický model jako základ pro vytvoření zjednodušeného mechanického modelu kardiovaskulárního systému – Využití modelu před
konstrukcí reálného zařízení
– Nástřel vlastností reálného modelu
Ukázky ze semestrálních prací
Výsledky předmětu
• 80% studentů předmět dokončilo (z 50) • 10% nenastoupilo • V průběhu vzdalo 10%
– Časová náročnost obávanějších předmětů • Zkoušku nakonec složili všichni • Úroveň semestrálních prací nás překvapila
• => pokud se tomu chvíli věnujete, není to
těžké
Filip Ježek - Zkušenosti z výuky X33MOS – Modelica pro simulace
Závěr
• Studenti se během jednoho semestru naučili používat jazyk Modelica
• Nejvíce během semestrálních prací, tj. cca týden
• Nejdůležitější je matematické pochopení a přehledná struktura
• Modelica nabízí, ale nevyžaduje
Filip Ježek - Zkušenosti z výuky X33MOS – Modelica pro simulace
DÍKY ZA POZORNOST
Filip Ježek - Zkušenosti z výuky X33MOS – Modelica pro simulace