Parallele Algorithmische Differentiation (AD) in OpenModelica für energietechnische Simulationen und Optimierungen (PARADOM)

Prof. Dr. Bernhard Bachmann, Dipl.-Math. (FH) W. Braun, Patrick Täuber, M.Sc.

• Symbolische und numerische Behandlung von differential-algebraischen Systemen im Modelica-Umfeld
• Integration und Parallelisierung von AD-Techniken in OpenModelica
• Umsetzung effizienter Simulation und Optimierung von hybriden Systemen

Ziel von PARADOM ist die Integration von AD-Techniken in OpenModelica. OpenModelica wird für Simulationen in einem breiten Anwendungsspektrum eingesetzt. Dies umfasst beispielsweise die Verfahrenstechnik, Prozess-Automatisierungen, die Steuerung von Versorgungsnetzen und Multi-Physik-Prozesse. Ziel des Forschungsvorhabens PARADOM ist die Bereitstellung moderner mathematischer Methoden, welche exakte Ableitungsinformationen benötigen, in Verbindung mit der Entwicklung entsprechender paralleler Algorithmen. Damit soll die effiziente Simulation und Optimierung komplexer Modelle mit OpenModelica auf HPC-Systemen ermöglicht werden. Die erheblichen Herausforderungen bei der Simulation und Optimierung energietechnischer Anlagen erfordern aufgrund ihrer Komplexität eine umfangreiche interdisziplinäre Zusammenarbeit. Erst durch den Zusammenschluss der Projektpartner aus komplementären Bereichen zu dem geplanten Konsortium können parallele Algorithmen für die Umsetzung moderner Multiple-Shooting-Methoden basierend auf exakten Ableitungen in leistungsstarken HPC-Umgebungen entwickelt und realisiert werden.

Die Open-Source-Software OpenModelica garantiert die Einbindung eines kompetenten Anwender- und Entwickler-Netzwerkes, das durch gemeinsame Ausbildungs- und Weiterbildungsaktivitäten die Verbreitung der innovativen Ansätze und Methoden nachhaltig fördern und voranbringen wird. Die entwickelten Methoden für die geplanten Erweiterungen von

OpenModelica in Verbindung mit der zugehörigen HPC-Parallelisierung sind nach Projektabschluss als quelloffene Pakete für einen breiten Anwenderkreis verfügbar. Damit werden die Nutzbarkeit und Attraktivität von Hochleistungsrechnern insbesondere für technische Simulationen deutlich verbessert.