Port

Aus SystemPhysik
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Der Begriff Port wird in der Regel aus der lateinischen Sprache (porta: die Tür) abgeleitet und bezeichnet ganz unterschiedliche Dinge wie Schnittstelle (Interface) oder Protokoll. In der Physik der dynamischen Systeme versteht man unter Port eine Schnittstelle, durch die ein System mit der Umwelt eine mengenartige Grösse austauschen kann.

Standardport

Ein Standardport lässt einen Strom durch und besitzt ein bestimmtes Potenzial. Folgende Standardports können definiert werden

Zweig Name Menge Potenzial
Hydrodynamik Kupplung Volumen Druck
Elektrodynamik Pin elektrische Ladung elektrisches Potenzial
Translationsmechanik Flansch Impuls Geschwindigkeit
Rotationsmechanik Flansch Drehimpuls Winkelgeschwindigkeit
Thermodynamik Kontakt Entropie Temperatur
Chemie Stoffmenge chemisches Potenzial

Die durch den Port transportierte Energie lässt sich zu jedem Zeitpunkt quantifizieren: der durch den Port fliessende Energiestrom ist gleich Potenzial mal Stromstärke

[math]I_W=\varphi I_{Menge}[/math]

Diese Beziehung trifft bei offenen Systemen nur bezüglich den Grössen Volumen, Stoffmenge und schwere Masse mit den Potenzialen Druck, chemisches Potenzial und Gravitatinspotenzial zu. Für die andern Mengen wie elektrische Ladung, Impuls und Entropie, die in solchen konvektiven Transporten ebenfalls mitgeführt werden, gilt die einfache Zuordnung von Mengenstrom und Potenzial zu Energiestrom nicht mehr.

Modellbildungssprachen

Höhere Modellbildungssprachen wie Modelica oder VHDL-AMS basieren auf diesem Port-Konzept.

Modelica

In Modelica bilden die Ports eine eigene Klasse, die mit dem Schlüsselwort connector bezeichnet wird. Ein connector muss mindestens eine Potenzialgrösse und eine Flussgrösse enthalten. Die Flussgrösse ist mit dem Schlüsselwort flow zu charakterisieren. Werden zwei Systeme über einen connector verbunden, setzt das Programm die Potenzialgrössen einander gleich und formuliert für die Flussgrössen einen Knotensatz. Werden n connector miteinander verbunden, müssen n-Gleichungen aufgestellt werden (n-1 Gleichungen, um alle Potenziale auf den gleichen Wert zu setzen und ein Knotensatz).

Der elektrische Port oder Konnektor (connector), Pin genannt, ist in der Modelica-Standardbibliothek ganz im Sinne der Physik der dynamischen Systeme definiert

connector Pin "Pin of an electrical component"
SI.Voltage v "Potential at the pin";
flow SI.Current i "Current flowing into the pin";
end Pin;

Bei den mechanischen Ports oder Konnektoren (connector), Flange genannt, hat sich die Modelica-Association für das Zeitintegral des Potenzials, die Strecke bzw. den Winkel, entschieden. So lautet die Beschreibung für einen translatorischen Port

connector Flange_a "(left) 1D translational flange (flange axis directed INTO cut plane, e. g. from left to right)"
SI.Position s "absolute position of flange";
flow SI.Force f "cut force directed into flange";
end Flange_a;

Der rotatorische Port wird analog dazu definiert

connector Flange_a "1D rotational flange (filled square icon)"
SI.Angle phi "Absolute rotation angle of flange";
flow SI.Torque tau "Cut torque in the flange";
end Flange_a;