{"id":4115,"date":"2025-04-15T14:09:25","date_gmt":"2025-04-15T13:09:25","guid":{"rendered":"https:\/\/www.eks-intec.com\/?p=4115"},"modified":"2026-03-03T16:14:38","modified_gmt":"2026-03-03T15:14:38","slug":"simulating-dynamic-systems-in-rfviper-with-fmus-exported-from-matlab-simulink","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.eks-intec.com\/de\/simulating-dynamic-systems-in-rfviper-with-fmus-exported-from-matlab-simulink\/","title":{"rendered":"Simulation dynamischer Systeme in RF::Viper mit FMUs aus MATLAB\/Simulink exportiert"},"content":{"rendered":"<h2 class=\"wp-block-heading\"><strong>FMU-Modelle in RF::ViPer ausf\u00fchren: Ein praktischer Anwendungsfall-Workflow mit MATLAB\/Simulink<\/strong><\/h2>\n\n\n\n<p>In modernen Industrieprozessen und der Automatisierung w\u00e4chst der Bedarf, immer komplexere dynamische Systeme und Verhaltensweisen zu simulieren. W\u00e4hrend automatisierte Systeme Pr\u00e4zision bieten, bringen sie auch Komplexit\u00e4ten mit sich, die simuliert werden m\u00fcssen, um das tats\u00e4chliche Verhalten des Systems genau darzustellen.<\/p>\n\n\n\n<p>Da kein einzelnes Tool eine \u201eAll-in-One\u201c-L\u00f6sung darstellt, sind einige besser geeignet, um komplexe dynamische Verhaltensweisen zu simulieren als andere. Daher ist es sinnvoll, diese Tools zu nutzen, um Modelle mit komplexeren Dynamiken zu erstellen und diese dann in ein Format zu exportieren, das von anderen Tools leicht gelesen und ausgef\u00fchrt werden kann.<\/p>\n\n\n\n<p>Ein solches Format ist FMU (Functional Mock-up Unit). Die FMU ist ein standardisiertes Modell-Austauschformat, das f\u00fcr die Co-Simulation und den Modell-Austausch zwischen verschiedenen Simulationswerkzeugen verwendet wird. FMUs basieren auf dem FMI (Functional Mock-up Interface)-Standard, der es Ingenieuren erm\u00f6glicht, dynamische Systemmodelle zwischen verschiedenen Softwareumgebungen auszutauschen (z. B. MATLAB Simulink, Dymola, OpenModelica, ANSYS usw.).<\/p>\n\n\n\n<p>Im Allgemeinen gibt es zwei Arten von FMUs:<\/p>\n\n\n\n<p>1. Model Exchange (ME) \u2013 Nur die Modellstruktur wird geteilt (kein Solver).<\/p>\n\n\n\n<p>2. Co-Simulation (CS) \u2013 Beinhaltet sowohl das Modell als auch einen Solver f\u00fcr die eigenst\u00e4ndige Ausf\u00fchrung.<\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\"><strong>Erstellen und Ausf\u00fchren von FMU-Modellen in MATLAB\/Simulink<\/strong><\/h3>\n\n\n\n<p>In diesem Fall wird die Erstellung eines FMU-Co-Simulationsmodells in MATLAB\/Simulink demonstriert, gefolgt von der Ausf\u00fchrung des Modells in der RF::ViPer-Simulation.<\/p>\n\n\n\n<p>Der grundlegende Workflow besteht aus den folgenden allgemeinen Schritten:<\/p>\n\n\n\n<p>Schritt 1: Simulink-Modell erstellen<\/p>\n\n\n\n<p>Schritt 2: Simulink-Modell als eigenst\u00e4ndiges FMU im Co-Simulation (CS)-Modus exportieren<\/p>\n\n\n\n<p>Schritt 3: FMI-Bibliothek zum aktuellen RF::ViPer-Projekt hinzuf\u00fcgen (derzeit unterst\u00fctzt RF::ViPer Modelle gem\u00e4\u00df FMI-Version 2.0)&nbsp;&nbsp;<\/p>\n\n\n\n<p>Schritt 4: Erstellen eines Funktionsblocks (FB) in RF::ViPer und Ausf\u00fchren der Simulation<\/p>\n\n\n\n<p>Als Beispiel kann ein hydraulisches Servosystem als unterd\u00e4mpftes oszillierendes System zweiter Ordnung modelliert werden, das mit der folgenden \u00dcbertragungsfunktion beschrieben wird:<\/p>\n\n\n\n<p>YsUs=Kn2s2+2ns+n2<\/p>\n\n\n\n<p>Dabei ist \n\ud835\udc3e\n ein Prozessgewinn, \n\n\u03b6 das D\u00e4mpfungsverh\u00e4ltnis und \nn=2\u03c0f die nat\u00fcrliche Winkelgeschwindigkeit des Systems.<\/p>\n\n\n\n<p>Die Sprungantwort des Systems zweiter Ordnung mit den folgenden Parametern \n\nK=10, \n\ud835\udf01\n=\n0.2\n \n\nf \nn\n\u200b\n =0.1 Hz ist in der folgenden Abbildung dargestellt:<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image\"><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/lh7-rt.googleusercontent.com\/docsz\/AD_4nXc7INwxbNJpKR7lEUwmFCYQlDZIgCvo_BF_HEvdGdlyL7Q2KOX470arZKV6wSyaj-65pvdiNzMZG717rESGi5QD_t6AxmJuuX0J-UFuk0Jxw8DrKGekLsXJ-5Bh8SK8wsH8Rnt1alSv718BPymcCA?key=xzCM1fiKGwoWKDnDXkLSuzEq\" alt=\"\"\/><\/figure>\n\n\n\n<p>Das FMU-Modell wird in Simulink erstellt, indem man im Simulink-Standardmen\u00fc \u201eSpeichern \u2192 Als eigenst\u00e4ndiges FMU exportieren\u201c w\u00e4hlt.&nbsp;<\/p>\n\n\n\n<p>Das FMU-Modell kann in Simulink verifiziert werden, indem seine Ausgaben mit denen eines standardm\u00e4\u00dfigen \u00dcbertragungsfunktionsblocks verglichen werden, wie in der untenstehenden Abbildung dargestellt.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image\"><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/lh7-rt.googleusercontent.com\/docsz\/AD_4nXf69Hw6xscvsYpMbxKQ6FThr5aOBarjg-0BCCKlHrO9xZGvIQhpAb1tXMbI3RBk0rg1kmkkbL9lF5pDUh3jmaMD7jZE9ihieO1Xdb9I8y1Kpdqy2-5mYj5x4gwMj23iKDnORfwjxna1_g8xL5IcBkE?key=xzCM1fiKGwoWKDnDXkLSuzEq\" alt=\"A screenshot of a computerAI-generated content may be incorrect.\"\/><\/figure>\n\n\n\n<p>Die FMU-Modellvalidierung und das Abrufen von Metainformationen aus der Modellbeschreibung k\u00f6nnen online hier durchgef\u00fchrt werden: <a href=\"https:\/\/fmu-check.herokuapp.com\/\">https:\/\/fmu-check.herokuapp.com\/<\/a><\/p>\n\n\n\n<p>Das FMU-Modell wird als komprimiertes Archiv mit der Erweiterung .fmu gespeichert, das eine Datei namens modelDescription.xml enth\u00e4lt. Diese Datei beinhaltet alle relevanten Informationen, wie die Liste der Variablen, deren Typen und Anfangswerte. Der Inhalt der .fmu-Datei kann mit Tools wie 7-Zip oder \u00e4hnlichen Archivierungsprogrammen aufgerufen und gepr\u00fcft werden. Ein Auszug ist in der folgenden Abbildung dargestellt:<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image\"><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/lh7-rt.googleusercontent.com\/docsz\/AD_4nXcUs_JVGx2izNTmkDaFFyuSZnSGX1erDAHexNlVTHtJW-ln25TheGlOV1V11WNeDihz95LhdNFLJX7QcwMspYOrkKq_eeaeMfH_u3LZQA1CIH4-S15qWoEnshbeuDcYMdqF8r8MYbPb9TGDYJZJaA?key=xzCM1fiKGwoWKDnDXkLSuzEq\" alt=\"\"\/><\/figure>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\"><strong>Laden und Ausf\u00fchren von FMU-Modellen in RF::ViPer&nbsp;<\/strong><\/h3>\n\n\n\n<p>Das FMU-Modell wird in RF::ViPer innerhalb eines Funktionsblocks mit der Bibliotheksfunktion namens \"FMU_Import\" geladen.<em> LoadFmu<\/em>Da alle Variablen in diesem Modell vom Typ REAL sind, werden ihre Werte mit der <em>SetReal<\/em> und <em>GetReal<\/em> Funktionen, beziehungsweise. Jede Variable im Modell wird eindeutig durch eine Wertreferenz identifiziert. <em>Wertreferenz<\/em> in der modelDescription.xml, die vom Typ \u201eunsigned integer\u201c ist. Die <em>DoStep<\/em> Funktion f\u00f6rdert die Simulation einer Functional Mock-up Unit (FMU) innerhalb einer Co-Simulationsumgebung. Eine detaillierte Erkl\u00e4rung dieser Funktionen, einschlie\u00dflich ihrer Eingabe- und Ausgabeparameter, liegt au\u00dferhalb des Rahmens dieses Blogs. Daher wird den Lesern empfohlen, die Dokumentation der RF::ViPer CmpFmiRuntime-Bibliothek f\u00fcr weitere Informationen zu konsultieren.&nbsp;&nbsp;<\/p>\n\n\n\n<p>Eine einfache Struktur des Wrapper-Funktionsblocks zum Laden und Ausf\u00fchren eines FMU-Modells mit grundlegender Fehlerbehandlung ist unten angegeben:<\/p>\n\n\n\n<pre class=\"wp-block-code\"><code>FUNCTION_BLOCK SecondOrderSystem\n\nVAR_INPUT\n    u     : LREAL;\n    K     : LREAL;\n    fn    : LREAL;\n    zeta  : LREAL;\n    Ts    : LREAL;\nEND_VAR\n\nVAR_OUTPUT\n    y     : LREAL;\n    Error : BOOL;\nEND_VAR\n\nVAR\n    _fmu  : FMI.FmuContext;\n    \/\/ valueReference identifiers\n    _u    : UDINT := 0;\n    _y    : UDINT := 1;\n    _K    : UDINT := 2;\n    _fn   : UDINT := 3;\n    _zeta : UDINT := 4;\nEND_VAR\n\n\/\/ Implementation part\nIF _fmu.handle = 0 THEN\n    \/\/ Initialize only once\n    _fmu := FMI.LoadFmu('SecondOrderSystem.fmu');\n    \n    IF FMI.IsValidFmuHandle(_fmu.handle) THEN\n        FMI.SetReal(_fmu, _u, u);\n        FMI.SetReal(_fmu, _y, y);\n        FMI.SetReal(_fmu, _K, K);\n        FMI.SetReal(_fmu, _fn, fn);\n        FMI.SetReal(_fmu, _zeta, zeta);\n    ELSE\n        Error := TRUE;\n        RETURN;\n    END_IF\n\nELSE\n    FMI.SetReal(_fmu, _u, u);\n    FMI.DoStep(_fmu, Ts);\n\n    IF FMI.FmiStatus.Ok  0 THEN\n        Error := TRUE;\n        FMI.FreeInstance(_fmu);\n        RETURN;\n    ELSE\n        FMI.GetReal(_fmu, _u, u);\n        FMI.GetReal(_fmu, _y, y);\n    END_IF\nEND_IF<\/code><\/pre>\n\n\n\n<p>Um Flexibilit\u00e4t beim Testen mit verschiedenen Parameterwerten zu erm\u00f6glichen, k\u00f6nnen diese als Eingaben f\u00fcr den Wrapper-FB definiert werden. Der Benutzer sollte sicherstellen, dass die Abtastzeit (Schrittweite) mit der Zykluszeit der Aufgabe \u00fcbereinstimmt, in der der FB aufgerufen wird.<\/p>\n\n\n\n<p>Ein Beispiel f\u00fcr den Aufruf des FB aus dem Hauptprogramm ist unten angegeben:<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image\"><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/lh7-rt.googleusercontent.com\/docsz\/AD_4nXfUkbI3w9xj0EHvX1p_cWVGS2p9WhsWBHafJRkMhBVh6Q6SGftYnVrsHiZ6kT4X4er5XTZ_hb7bLeNXIXzrKJcyuLrCCbSRayY39nruORoR3s23oxYnwqH2XlQaWFA_8KHaesVCYV6SmveOpGYXRbU?key=xzCM1fiKGwoWKDnDXkLSuzEq\" alt=\"A screenshot of a computerAI-generated content may be incorrect.\"\/><\/figure>\n\n\n\n<p>Die Sprungantwort des FMU-FB, aufgezeichnet mit dem Trace, ist unten angegeben:<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image\"><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/lh7-rt.googleusercontent.com\/docsz\/AD_4nXdrNlAH7WNzSylAKYomLxTwhHy9QKIsw_8RP-xYZroboxEK2qcII-WKPkIbGklI6aVBB8WI5yw5VDc9haaMYA3ZMPD1sgPxNlojyQjjC0CIkGzEyQdQHFrIeJFnC26EtEkwtbbDaM7wOcOZOln2C4E?key=xzCM1fiKGwoWKDnDXkLSuzEq\" alt=\"A graph showing a blue lineAI-generated content may be incorrect.\"\/><\/figure>\n\n\n\n<p>Dieses einfache Beispiel zeigt, wie komplexere dynamische Systeme relativ einfach in RF::ViPer simuliert werden k\u00f6nnen. Das Erstellen solcher Dynamiken von Grund auf in RF::ViPer w\u00e4re nicht optimal und w\u00fcrde erheblichen Aufwand und Zeit erfordern. Andererseits ist es einfach, ein besser geeignetes Tool zu verwenden, um das Modell zu erstellen und es dann als FMU in RF::ViPer zu importieren.<\/p>\n\n\n\n<p>Dies erm\u00f6glicht die Simulation einer Vielzahl von Ger\u00e4ten oder kompletten Systemen in RF::ViPer unter Verwendung der bereitgestellten FMU-Modelle. Dadurch k\u00f6nnen erhebliche Zeitersparnisse im gesamten Workflow erzielt und die Genauigkeit der Simulation verbessert werden.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Demonstrates how systems with more complex dynamics can be simulated in RF::ViPer<br \/>\nusing FMU models<\/p>","protected":false},"author":7,"featured_media":5715,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"categories":[29],"tags":[151,153,152],"class_list":["post-4115","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-digital-twin-factory-automation","tag-fmu-co-simulation-models","tag-matlab-simulink","tag-rfviper"],"acf":[],"yoast_head":"<!-- This site is optimized with the Yoast SEO Premium plugin v27.5 (Yoast SEO v27.5) - https:\/\/yoast.com\/product\/yoast-seo-premium-wordpress\/ -->\n<title>Simulating Dynamic Systems in RF::Viper with FMUs Exported from MATLAB\/Simulink - 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