Exact Structural Analysis of Multimode Modelica Models: Towards the Generation of Correct Simulation Code
Analyse Structurelle Exacte de Modèles Modelica Multimodes: Vers la Génération de Codes de Simulation Corrects
Résumé
Since its 3.3 release, Modelica offers the possibility to specify models of dynamical systems with multiple modes having different DAE-based dynamics. However, the handling of such models by the current Modelica tools is not satisfactory, with mathematically sound models yielding exceptions at runtime.
In this report, we illustrate this behavior on several small-sized examples, shedding light on the shortcomings of the approximate structural analysis implemented in current Modelica tools. To address part of these issues, we propose a systematic transformation process for multimode Modelica models, based on the results of an already implemented multimode structural analysis, that guarantees that the output Modelica model is correctly compiled by state-of-the-art Modelica tools.
Still, this transformation is limited to models that do not exhibit impulsive behaviors at mode changes: the remaining issues illustrated by our introductory examples can only be solved by a structural analysis of mode changes, coupled with a specific handling of impulsive variables. We address these points in this report by proposing, first, a structural analysis method able to handle modes and mode changes in a unified framework, and second, a compile-time identification and characterization of impulsive variables. Implementations of both methods, based on efficient symbolic representations and algorithms, are in the works.
Le langage Modelica permet de définir des modèles de systèmes dynamiques possédant plusieurs modes ayant chacun une dynamique spécifiée par un système de DAE différent. Le traitement de tels modèles par les outils Modelica de référence actuels n’est pas satisfaisant, des exceptions survenant à la simulation pour des modèles physiquement corrects.
Dans ce rapport, nous illustrons cette problématique sur plusieurs modèles de petite taille. Nous explicitons les deux raisons-clé de la mauvaise prise en charge de ces modèles par les outils Modelica, qui sont l’utilisation d’une analyse structurelle approchée et le manque d’un traitement spécifique des changements de mode.
En réponse à ces difficultés, nous proposons, d’une part, une technique de réécriture source à source de modèles Modelica qui assure leur simulation correcte par les outils Modelica actuels, et, d’autre part, une extension de l’analyse structurelle aux changements de mode, doublée d’une analyse à la compilation des éventuels comportements impulsifs d’un modèle. La mise en œuvre efficace de ces méthodes est en cours, grâce à l’utilisation de représentation symboliques issues de la vérification formelle.
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