Virtuelle Physik: Moderne Modellierungstechnik und ihr Einsatz in der Computersimulation
Virtual Physics: Using Modern Modeling Methodologies for Computer Simulation

Die Entwicklung von Computerspielen, die Erstellung von Fahrzeugsimulatoren, die Regelung von Roboteranlagen oder die Optimierung von Flugzeugsystemen: All diese Anwendungen verlangen nach möglichst korrekten und effizienten Modellen ihrer physikalischen Prozesse. Diese Vorlesung bietet eine Einführung in die moderne Modellierungstechnik mit Hilfe objektorientierter, deklarativer Sprachen wie Modelica und erklärt deren Anwendung in der Computersimulation.

In der Vorlesung werden die physikalischen Grundlagen erklärt und dargelegt wie sich damit elektrische und mechanische Systeme modellieren lassen. Es wird der Aufbau von Modelbibliotheken erläutert und verschiedene Anwendungen in der Mechatronik demonstriert. Weitere Bereiche der Physik werden kurz angeschnitten.

Zusätzlich widmet sich ein begleitender Teil der Vorlesung den Methoden zur Computersimulation und erklärt die wichtigsten Algorithmen zur Modelverarbeitung sowie die wichtigsten Rechenverfahren zur Zeitintegration.

In den Übungen zur Vorlesung, können die Teilnehmer eine eigene mechanische Modelbibliothek erstellen sowie eine Echtzeitsimulation eines Elektrofahrzeugs entwickeln. Vorkenntnisse in der Physik, die über den Gymnasialstoff hinausgehen werden nicht erwartet, jedoch ist reges Interesse von Vorteil. Alle wichtigen Grundlagen werden in der Vorlesung erklärt.

Sprache: Die Vorlesungsunterlagen werden in Englisch zur Verfügung gestellt, die Unterrichtssprache (D/E) richtet sich nach dem Wunsch der Hörer und wird in der ersten Vorlesungsstunde festgelegt.

Nach Teilnahme der Veranstaltung besitzen die Studenten die Fähigkeit zur gleichungsbasierten Modellierung von physikalischen Systemen.
Sie erwerben ein Verständnis für die dazugehörigen Computersprachen und Compilertechnik und können für die Simulation das passende Integrationsverfahren auswählen.

Grundlagen Algebra, Grundlagen Numerik, Programmierkenntnisse, Grundlagen Physik (Gymnasialstoff)

Das Modul besteht aus Vorlesung, Übung und Aufgaben zum Selbststudium. Die Inhalte der Vorlesung werden im Vortrag und durch Präsentation vermittelt. Studierende werden durch kleine, im Laufe der Vorträge gestellte Aufgaben, sowie durch die Lösung von Übungsblättern zur inhaltlichen Auseinandersetzung mit den Themen angeregt. Die Lösung der Übungsaufgaben wird in der Übung besprochen.

Folien (Skripttauglich), Wandtafel, Beispielmodelle oder Programme

Peter Fritzson (2011):Introduction to Modelica and Simulation of Technical and Physical Systems with Modelica, Wiley IEEE
Peter Fritzson (2003):Principles of Object?Oriented Modeling and Simulation with Modelica 2.1, Wiley IEEE
Michael Tiller (2000):Introduction to Physical Modeling with Modelica, Springer

Die Prüfungsleistung wird in Form einer 60-minütigen Klausur erbracht. In dieser soll nachgewiesen werden, dass in begrenzter Zeit ein Problem erkannt wird und Wege zu einer Lösung gefunden werden können durch die gleichungsbasierte Simulation physikalischer Systeme.