A New Modelica Model and Scicos Simulation for 0D/1D Nonlinear Complex Systems
Une nouvelle approche de modélisation et simulation de systèmes 0D/1D complexes non linéaires à l'aide de Modelica et Scicos
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INRIA, Domaine de Voluceau – Rocquencourt, BP 105, 78153 Le Chesnay Cedex - France
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Institut français du pétrole, IFP, 1-4 avenue de Bois-Préau, 92852 Rueil-Malmaison Cedex - France
Corresponding authors: masoud.najafi@inria.fr zakia.benjelloun-dabaghi@ifp.fr
The purpose of this article is to show that an improvement in understanding of physical phenomena can be achieved today, with the help of suitable numerical methods and simulation tools. Modeling and simulation are becoming more crucial, since engineers need to analyze very complex systems composed of several components from different domains. These systems are generally simulated by solving differential-algebraic systems which are in general hybrid systems incorporating many variables. The Modelica language allows formal writing of mathematical equations and the expression of models in an acausal way. In this paper, first, we present the advantage of the Modelica language in modeling and simulation of industrial applications. Then, two industrial test cases will be explained: the drilling-well station, which is a large complex 1D implicit system, and an automotive application where we test the advantages of Modelica to simulate switched models, known as commutated models. These applications have already been developed at IFP by Simulink (a Mathworks product). In the drilling case, the Simulink model was built with 116 subsystems and more than 500 blocks, whereas the Scicos model was built with just 9 Scicos/Modelica blocks. The engine model in Simulink is composed of 203 blocks and 30 subsystems, whereas the model in Scicos/Modelica is composed of less than 20 blocks. The simulation time in Simulink varies between 6 and 150 seconds as a function of the selected numerical solver, while in Scicos/Modelica it takes less than 3 seconds.
Résumé
Le but de cet article est de montrer que, grâce à des méthodes et outils numériques adaptés, la résolution, le contrôle et la compréhension des phénomènes physiques complexes sont aujourd'hui possibles. Dans ce travail, après une brève description du langage Modelica et de la méthode numérique "SUNDIALS", utilisée par le simulateur Scicos pour résoudre les systèmes non linéaires 0D/1D, nous traitons deux exemples industriels : en forage, pour résoudre un large système 1D complexe implicite, puis un exemple en contrôle moteur, afin de tester les capacités de ce langage à résoudre dans un même bloc d'équations, la commutation de modèles correspondant à un système 0D hybride (cohabitation du temps continu et discret). Ces modèles ont déjà été mis au point à l'IFP, avec la boîte à outils Simulink du logiciel Matlab. Pour le cas du forage, le modèle Simulink est construit avec 116 sous-systèmes et plus de 500 blocs, alors que le modèle Scicos n'est construit qu'avec 9 Scicos/Modelica blocs. Le modèle moteur Simulink est composé de 203 blocs et 30 sous-systèmes, alors que le modèle en Scicos/Modelica est composé de moins de 20 blocs. Le temps de simulation à l'aide de Simulink varie entre 6 et 150 secondes selon le type de l'intégrateur. En Scicos/Modelica, avec l'intégrateur SUNDIALS, la simulation prend moins de 3 secondes.
© IFP, 2008