У дадзенай публікацыі прадстаўлена транскрыпцыя вебинара . Вебінар праводзіў Міхаіл Пясельнік, інжынер .)
Сёння мы даведаемся, што можна наладжваць мадэлі для аптымальнага балансу паміж дакладнасцю і дакладнасцю вынікаў сімуляцыі і хуткасцю працэсу сімуляцыі. Гэта ключ да эфектыўнага выкарыстання сімуляцыі і ўпэўненасці ў тым, што ўзровень дэталізацыі вашай мадэлі адпавядае задачы, якую вы збіраецеся выконваць.
Мы таксама даведаемся:
- Як вы можаце паскараць сімуляцыі шляхам выкарыстання алгарытмаў аптымізацыі і паралельных вылічэнняў;
- Як размяркоўваць сімуляцыі на некалькіх ядрах кампутара, паскараючы такія задачы, як ацэнка параметраў і падбор параметраў;
- Як паскорыць распрацоўку шляхам аўтаматызацыі задач сімуляцыі і аналізу з выкарыстаннем MATLAB;
- Як выкарыстоўваць скрыпты MATLAB для гарманічнага аналізу і дакументаваць вынікі любых відаў тэстаў з выкарыстаннем аўтаматычнай генерацыі справаздач.
Мы пачнем з агляду мадэлі электрычнай сеткі самалёта. Абмяркуем, якія мэты сімуляцыі мы ставім сабе, і разгледзім працэс распрацоўкі, які выкарыстоўваўся для стварэння мадэлі.
Затым пойдзем па этапах гэтага працэсу, у тым ліку пачатковы праект – дзе мы ўдакладняем патрабаванні. Дэталёвы праект - дзе мы разгледзім асобныя кампаненты электрасеткі, і нарэшце, мы будзем выкарыстоўваць вынікі сімуляцыі дэталізаванага праекта для таго, наладзіць параметры абстрактнай мадэлі. Нарэшце мы паглядзім, як можна задакументаваць вынікі ўсіх гэтых этапаў у справаздачах.
Вось схематычны малюнак сістэмы, якую мы распрацоўваем. Гэта мадэль паловы самалёта, якая ўключае генератар, шыну пераменнага току, розныя нагрузкі ў сетцы пераменнага току, трансфарматарна-выпроствальны блок, шыну пастаяннага току з рознымі нагрузкамі і батарэю.
Выключальнікі выкарыстоўваюцца для падлучэння кампанентаў да электрычнай сеткі. Па меры таго, як кампаненты ўключаюцца і адключаюцца падчас палёту, умовы ў электрычнай сетцы могуць змяняцца. Мы хочам прааналізаваць гэтую палову электрасеткі самалёта пры такіх зменлівых умовах.
Поўная мадэль электрасеткі самалёта павінна ўключаць іншыя кампаненты. Мы не ўключылі іх у гэтую мадэль паловы самалёта, бо мы жадаем прааналізаваць толькі ўзаемадзеянні паміж гэтымі кампанентамі. Гэта распаўсюджаная практыка ў авіябудаванні і караблебудаванні.
Мэты сімуляцыі:
- Вызначыць патрабаванні да электраэнергіі для розных кампанентаў, а таксама для ліній харчавання, якія іх злучаюць.
- Прааналізаваць узаемадзеяння ў сістэме паміж кампанентамі з розных інжынерных абласцей, у тым ліку электрычныя, механічныя, гідраўлічныя і тэмпературныя эфекты.
- І на больш дэталёвым узроўні, ажыццявіць гарманічны аналіз.
- Прааналізаваць якасць электрасілкавання пры якія змяняюцца ўмовах і паглядзець на напругі і токі ў розных вузлах сеткі.
Гэты набор мэт для сімуляцыі лепш за ўсё задавальняецца з выкарыстаннем мадэляў рознай ступені дэталізацыі. Мы ўбачым, што па меры руху па працэсе распрацоўкі, у нас будуць абстрактная і дэталёвая мадэлі.
Калі мы паглядзім на вынікі сімуляцыі гэтых розных варыянтаў мадэляў, мы ўбачым, што вынікі мадэлі сістэмнага ўзроўню і дэталізаванай мадэлі супадаюць.
Калі мы паглядзім больш уважліва на вынікі сімуляцыі, то ўбачым, што нават нягледзячы на дынаміку, абумоўленую пераключэннем сілавых прылад у дэталёвым варыянце нашай мадэлі, у цэлым вынікі сімуляцыі супадаюць.
Гэта дазваляе нам ажыццяўляць хуткія ітэрацыі на сістэмным узроўні, а таксама ажыццяўляць падрабязны аналіз электрычнай сістэмы на дэталёвым узроўні. Такім чынам, мы можам эфектыўна дасягаць нашых мэт.
Зараз раскажам аб мадэлі, з якой мы працуем. Мы стварылі некалькі варыянтаў для кожнага кампанента ў электрычнай сетцы. Мы будзем выбіраць, які варыянт кампанента выкарыстоўваць, у залежнасці ад задачы, якую мы вырашаем.
Калі мы даследуем варыянты генерацыі харчавання ў электрасеткі, мы можам замяніць генератар з інтэграваным прывадам на генератар зменнай хуткасці пастаяннай частаты циклоконвекторного тыпу або ПСПЧ генератар DC сувяззю. Мы можам выкарыстоўваць абстрактныя або дэталізаваныя кампаненты нагрузак у ланцугі пераменнага току.
Падобным чынам, для сеткі сталага току, мы можам выкарыстоўваць абстрактны, дэталізаваны ці шматдысцыплінарны варыянт, які ўлічвае ўплыў іншых фізічных дысцыплін - такіх, як механіка, гідраўліка і тэмпературныя эфекты.
Больш падрабязна аб мадэлі.
Тут вы бачыце генератар, размеркавальную сетку і кампаненты ў сетцы. У дадзены момант мадэль настроена на сімуляцыю з абстрактнымі мадэлямі кампанентаў. Выканаўчы механізм мадэлюецца проста ўказаннем актыўнай і рэактыўнай магутнасці, якую спажывае гэты кампанент.
Калі мы наладзім гэтую мадэль для выкарыстання дэталёвых варыянтаў кампанентаў, то выканаўчы механізм ужо мадэлюецца як электрычная машына. У нас ёсць сінхронны рухавік на пастаянных магнітах, канвертары і шына пастаяннага току, а таксама сістэма кіравання. Калі мы паглядзім на трансфарматарна-выпроствальны блок, то ўбачым, што ён мадэлюецца з выкарыстаннем трансфарматараў і ўніверсальных мастоў, якія выкарыстоўваюцца ў сілавой электроніцы.
Мы таксама можам абраць варыянт сістэмы (на TRU DC Loads -> Block Choices -> Multidomain), які ўлічвае эфекты, злучаныя з іншымі фізічнымі з'явамі (у Fuel Pump). Для паліўнай помпы мы бачым, што ў нас ёсць гідраўлічны помпа, гідраўлічныя нагрузкі. Для абагравальніка мы бачым улік тэмпературных эфектаў, якія ўплываюць на паводзіны гэтага кампанента па меры змены тэмпературы. Наш генератар мадэлюецца з выкарыстаннем сінхроннай машыны, і ў нас ёсць сістэма кіравання для задання поля напружання для гэтай машыны.
Палётныя цыклы выбіраюцца з выкарыстаннем зменнай MATLAB па імі Flight_Cycle_Num. І тут мы бачым дадзеныя з працоўнай прасторы MATLAB, якія кіруюць тым, калі ўключаюцца і адключаюцца вызначаныя кампаненты электрычнай сеткі. Гэты графік (Plot_FC) паказвае для першага палётнага цыклу, калі кампаненты ўключаюцца або адключаюцца.
Калі мы наладзім мадэль на абстрактную версію (Tuned), мы можам выкарыстоўваць гэты скрыпт (Test_APN_Model_SHORT) для запуску мадэлі і тэставанні яе ў трох розных палётных цыклах. Працуе першы палётны цыкл, і мы тэсціруем сістэму пры розных умовах. Затым мы аўтаматычна наладжваем мадэль для запуску другога палётнага цыклу і трэцяга. Па завяршэнні гэтых тэстаў, у нас адкрываецца справаздача, якая паказвае вынікі гэтых трох тэстаў у параўнанні з папярэднімі тэставымі прагонамі. У справаздачы можна ўбачыць скрыншоты мадэлі, скрыншоты графікаў, якія паказваюць хуткасць, напружанне і генерыруемую магутнасць на выхадзе генератара, графікі параўнання з папярэднімі тэстамі, а таксама вынікі аналізу якасці электрычнай сеткі.
Пошук кампрамісу паміж дакладнасцю мадэлі і хуткасцю сімуляцыі з'яўляецца ключом для эфектыўнага выкарыстання сімуляцыі. Па меры таго, як вы дадаеце дадатковыя дэталі ў вашу мадэль, узрастае час, патрабаванае для разліку і сімуляцыі мадэлі. Важна наладзіць мадэль пад пэўную задачу, якую вы вырашаеце.
Калі нас цікавяць такія дэталі, як якасць электраэнергіі, мы дадаем такія эфекты, як пераключэнні ў сілавой электроніцы і рэалістычныя нагрузкі. Аднак, калі нас цікавяць такія пытанні, як генерацыя ці спажыванне энергіі рознымі кампанентамі ў электрасетцы, мы будзем выкарыстоўваць комплексны метад сімуляцыі, абстрактныя нагрузкі і мадэлі з асераднёнай напругай.
Выкарыстоўваючы прадукты Mathworks, вы можаце выбраць правільны ўзровень дэталізацыі для развязальнай задачы.
Каб эфектыўна праектаваць, нам запатрабуюцца як абстрактныя, так і падрабязныя мадэлі кампанентаў. Вось як гэтыя варыянты накладваюцца на наш працэс распрацоўкі:
- Спачатку, мы ўдакладняем патрабаванні выкарыстоўваючы абстрактную версію мадэлі.
- Затым мы выкарыстоўваем удакладненыя патрабаванні для дэталёвага праектавання кампанента.
- Мы можам камбінаваць абстрактную і дэталёвую версію кампанента ў нашай мадэлі, што дазваляе ажыццяўляць верыфікацыю і камбінаваць гэты кампанент з механічнымі сістэмамі і з сістэмай кіравання.
- Нарэшце, мы можам выкарыстоўваць вынікі сімуляцыі дэталёвай мадэлі для таго, каб настройваць параметры абстрактнай мадэлі. Гэта дасць нам мадэль, якая хутка выконваецца і дае дакладныя вынікі.
Вы можаце бачыць, што гэтыя два варыянты - сістэмная і падрабязная мадэль - дапаўняюць адзін аднаго. Праца, якую мы робім з абстрактнай мадэллю для ўдакладнення патрабаванняў, скарачае колькасць ітэрацый, якія патрабуюцца для дэталёвага праектавання. Гэта паскарае наш працэс распрацоўкі. Вынікі сімуляцыі дэталёвай мадэлі даюць нам абстрактную мадэль, якая працуе хутка і дае дакладныя вынікі. Гэта дазваляе нам дабіцца адпаведнасці паміж узроўнем дэталізацыі мадэлі і задачай, якую выконвае сімуляцыя.
Многія кампаніі па ўсім свеце выкарыстоўваюць МАП для распрацоўкі складаных сістэм. Airbus распрацоўвае сістэму кіравання падачай паліва для A380 на аснове МАП. Гэтая сістэма змяшчае больш за 20 помпаў і больш за 40 клапанаў. Можаце ўявіць сабе колькасць розных сцэнарыяў адмовы, якія могуць адбыцца. З выкарыстаннем сімуляцыі, яны могуць запускаць больш за сто тысяч тэстаў кожныя выходныя. Гэта дае ім упэўненасць, што, незалежна ад сцэнара адмовы, іх сістэма кіравання можа з гэтым справіцца.
Цяпер, калі мы ўбачылі агляд нашай мадэлі, і нашы мэты сімуляцыі, мы пройдзем па працэсе праектавання. Мы пачнем з таго, што скарыстаемся абстрактнай мадэллю для ўдакладнення патрабаванняў да сістэмы. Гэтыя ўдакладненыя патрабаванні будуць выкарыстоўвацца для дэталёвага праектавання.
Мы ўбачым, як інтэграваць дакументы з патрабаваннямі ў працэс распрацоўкі. У нас ёсць вялікі дакумент з патрабаваннямі, у якім указаны ўсе патрабаванні для нашай сістэмы. Вельмі складана параўнаць патрабаванні з праектам у цэлым, і ўпэўніцца, што праект адпавядае гэтым патрабаванням.
Выкарыстоўваючы SLVNV, можна наўпрост звязваць дакументы з патрабаваннямі і мадэль у Simulink. Можна ствараць сувязі прама з мадэлі напрамую да патрабаванняў. Гэта спрашчае верыфікацыю таго, што пэўная частка мадэлі адносіцца да канкрэтнага патрабавання і наадварот. Гэтая сувязь з'яўляецца двухбаковай. Таму, калі мы глядзім на патрабаванні, мы можам хутка перайсці да мадэлі, каб убачыць, як гэтае патрабаванне выконваецца.
Цяпер, калі мы інтэгравалі дакумент з патрабаваннямі ў працоўны працэс, мы будзем удакладняць патрабаванні для электрычнай сеткі. Канкрэтна, мы паглядзім на патрабаванні да працоўных, пікавых і праектаваных нагрузак для генератараў і ліній перадачы. Мы пратэстуем іх у шырокім дыяпазоне станаў электрасеткі. Г.зн. пры розных палётных цыклах, калі ўключаюцца і выключаюцца розныя нагрузкі. Паколькі мы факусуемся толькі на магутнасці, мы будзем грэбаваць пераключэннямі ў сілавой электроніцы. Таму мы будзем выкарыстоўваць абстрактныя мадэлі і спрошчаныя метады сімуляцыі. Гэта азначае, што мы наладзім мадэль такім чынам, каб ігнараваць дэталі, якія нам не патрэбны. Пры гэтым сімуляцыя будзе праходзіць хутчэй і дазволіць нам пратэставаць умовы пры працяглых палётных цыклах.
У нас ёсць крыніца пераменнага току, які праходзіць праз ланцужок супраціваў, ёмістасцяў і індуктыўнасцяў. У ланцугу ёсць выключальнік, які размыкаецца праз нейкі час, а затым зноў замыкаецца. Калі запусціць сімуляцыю, то можна ўбачыць вынікі з бесперапынным решателем. (V1) Вы бачыце, што асцыляцыі, звязаныя з размыканнем і замыканнем выключальніка, адлюстроўваюцца дакладна.
Цяпер пераключымся на дыскрэтны рэжым. Двойчы пстрыкнем па блоку PowerGui і ва ўкладцы Рашальнік абярэм дыскрэтны решатель. Вы бачыце, што зараз абраны дыскрэтны решатель. Запусцім сімуляцыю. Вы ўбачыце, што зараз вынікі практычна такія ж, але дакладнасць залежыць ад абранай частаты дыскрэтызацыі.
Цяпер я магу абраць комплексны рэжым сімуляцыі, задаць частату - паколькі рашэнне атрымліваецца толькі на вызначанай частаце - і запусціць сімуляцыю яшчэ раз. Вы ўбачыце, што адлюстроўваюцца толькі амплітуды сігналаў. Пстрыкнуўшы па гэтым блоку, я магу запусціць скрыпт MATLAB, які запусціць мадэль паслядоўна ва ўсіх трох рэжымах сімуляцыі і пабудуе выніковыя графікі сябар на сябру. Калі мы паглядзім бліжэй на току і напругі, то ўбачым, што дыскрэтныя вынікі блізкія да бесперапынных, але супадаюць цалкам. Калі паглядзець на ток, то бачна, што ёсць пік, які не быў адзначаны ў дыскрэтным рэжыме сімуляцыі. І мы бачым, што комплексны рэжым дазваляе ўбачыць толькі амплітуду. Калі паглядзець на крок разліку, то можна ўбачыць, што комплекснаму решателю запатрабавалася ўсяго 56 крокаў, у той час як для іншых решателей запатрабавалася значна больш крокаў для завяршэння сімуляцыі. Гэта дазволіла комплекснаму рэжыму сімуляцыі працаваць значна хутчэй, чым у іншых рэжымах.
У дадатак да выбару прыдатнага рэжыму сімуляцыі, нам патрэбныя мадэлі прыдатнай ступені дэталізацыі. Каб удакладніць патрабаванні да харчавання кампанентаў у электрычнай сетцы, мы будзем выкарыстоўваць абстрактныя мадэлі агульнага прымянення. Блок Dynamic Load дазваляе нам задаць актыўную і рэактыўную магутнасць, якую спажывае або генеруе кампанент у сетцы.
Мы зададзім пачатковую абстрактную мадэль для рэактыўных і актыўных магутнасцяў на падставе першапачатковага набору патрабаванняў. У якасці крыніцы мы будзем выкарыстоўваць блок Ideal source - ідэальная крыніца. Гэта дазволіць задаць напругу ў сетцы, і можна выкарыстоўваць гэта для вызначэння параметраў генератара, і разумення таго, колькі магутнасці ён павінен вырабляць.
Далей вы ўбачыце, як выкарыстоўваць сімуляцыю для ўдакладнення патрабаванняў да сілкавання для генератара і ліній перадачы.
У нас ёсць першапачатковы набор патрабаванняў, які ўключае намінальную магутнасць і каэфіцыент магутнасці для кампанентаў у сетцы. У нас таксама ёсць дыяпазон умоў, у якіх можа працаваць гэтая сетка. Мы хочам удакладніць гэтыя пачатковыя патрабаванні шляхам тэсціравання ў шырокім дыяпазоне умоў. Мы зробім гэта шляхам наладкі мадэлі для выкарыстання абстрактных нагрузак і крыніц і пратэстуем патрабаванні ў шырокім дыяпазоне працоўных умоў.
Мы наладзім мадэль на выкарыстанне абстрактных мадэляў нагрузак і генератара, і ўбачым генераваную і спажываную магутнасць у шырокім дыяпазоне працоўных умоў.
Цяпер мы пяройдзем да дэталёваму праектаванню. Мы скарыстаемся ўдакладненымі патрабаваннямі, каб дэталізаваць праект, і мы сумяшчаем гэтыя дэталёвыя кампаненты з сістэмнай мадэллю, каб выявіць праблемы інтэграцыі.
На сённяшні дзень даступныя некалькі варыянтаў для генерацыі электраэнергіі ў самалёце. Звычайна генератар прыводзіцца ў рух пасродкам сувязі з газавай турбінай. Турбіна круціцца з зменнай частатой. Калі ў сетцы павінна быць фіксаваная частата, тое патрабуецца пераўтварэнне з зменнай хуткасці кручэння вала турбіны да сталай частаты ў сетцы. Гэта можа быць зроблена пасродкам убудаванага прывада сталай хуткасці да генератара, ці шляхам выкарыстання сілавой электронікі для пераўтварэння пераменнага току зменнай частаты ў зменны ток сталай частаты. Таксама існуюць сістэмы з плаваючай частатой, дзе частата ў сетцы можа мяняцца і пераўтварэнне энергіі адбываецца на нагрузках у сетцы.
Кожны з такіх варыянтаў патрабуе генератара, і сілавую электроніку для пераўтварэння энергіі.
У нас ёсць газавая турбіна, якая круціцца з зменнай хуткасцю. Гэтая турбіна выкарыстоўваецца для кручэння вала генератара, што вырабляе пераменны ток зменнай частаты. Розныя варыянты сілавой электронікі могуць выкарыстоўвацца для пераўтварэння гэтай зменнай частаты ў фіксаваную частату. Мы хацелі б ацаніць гэтыя розныя варыянты. Гэта можна зрабіць гэта з выкарыстаннем SPS.
Мы можам змадэляваць кожную з гэтых сістэм і пабудаваць вынікі сімуляцый пры розных умовах, каб ацаніць, які варыянт лепш падыходзіць для нашай сістэмы. Пераключымся да мадэлі і паглядзім, як гэта робіцца.
Вось мадэль, з якой мы працуем. Пераменная хуткасць з вала газавай турбіны перадаецца генератару. І циклоконвертор выкарыстоўваецца, каб выдаваць пераменны ток фіксаванай частаты. Калі запусціць сімуляцыю, то будзе бачна, як паводзіць сябе мадэль. На верхнім графіцы паказана пераменная частата кручэння газавай турбіны. Вы бачыце, што частата мяняецца. Гэты жоўты сігнал на другім графіку - напруга з адной з фаз на выхадзе генератара. Гэты пераменны ток фіксаванай частаты ствараецца са зменнай частаты кручэння з выкарыстаннем сілавой электронікі.
Давайце паглядзім, як апісваюцца нагрузкі ў сетцы пераменнага току. Да нашай падключаны лямпа, гідраўлічны помпа і выканаўчы механізм. Гэтыя кампаненты мадэлююцца з выкарыстаннем блокаў з SPS.
Кожны з гэтых блокаў у SPS уключае налады канфігурацыі, якія дазваляюць вам улічыць розныя канфігурацыі кампанентаў, а таксама каб падбудаваць узровень дэталізацыі ў вашай мадэлі.
Мы настроілі мадэлі для запуску дэталёвай версіі кожнага кампанента. Такім чынам, у нас шмат магчымасцяў для мадэлявання нагрузак у сетцы пераменнага току і шляхам сімуляцыі дэталёвых кампанентаў у дыскрэтным рэжыме мы можам убачыць значна больш дэталяў таго, што адбываецца ў нашай электрычнай сетцы.
Адна з задач, якую мы будзем выконваць з дэталёвай версіяй мадэлі - гэта аналіз якасці электрычнай энергіі.
Калі ў сістэме з'яўляецца нагрузка, гэта можа выклікаць скажэнне формы сігналу на крыніцы напругі. Гэта ідэальная сінусоіда, і такі сігнал будзе на выхадзе генератара, калі нагрузкі будуць пастаяннымі. Аднак, па меры павелічэння колькасці кампанентаў, якія могуць уключацца і выключацца, гэтая форма сігналу можа скажацца, і прыводзіць да такіх невялікіх выкідаў.
Гэтыя выкіды ў форме сігналу на крыніцы напругі могуць прыводзіць да праблем. Гэта можа прыводзіць да перагрэву генератара з-за пераключэнняў у сілавой электроніцы, гэта можа стварыць вялікія нейтральныя токі, а таксама выклікаць непатрэбныя пераключэнні ў сілавой электроніцы, т.я. яны не чакаюць гэтага бразгату ў сігнале.
Каэфіцыент гарманічных скажэнняў прапануе меру адзнакі якасці электрычнай энергіі пераменнага току. Важна вымяраць гэты каэфіцыент пры зменлівых умовах у сетцы, таму што якасць будзе мяняцца ў залежнасці ад таго, які кампанент уключаецца і выключаецца. Гэты каэфіцыент лёгка вымераць пры дапамозе інструментаў Матворкс і гэта можна аўтаматызаваць для тэсціравання ў шырокім дыяпазоне ўмоў.
Больш падрабязна аб каэфіцыенце нелінейных скажэнняў на .
Далей мы ўбачым, як праводзіць аналіз якасці электраэнергіі з выкарыстаннем сімуляцыі.
У нас ёсць мадэль электрычнай сеткі самалёта. З-за розных нагрузак у сетцы, форма сігналу напругі на выхадзе генератара скажаецца. Гэта прыводзіць да пагаршэння якасці харчавання. Гэтыя нагрузкі адключаюцца і падлучаюцца да сеткі ў розныя моманты часу на працягу палётнага цыклу.
Мы хочам ацаніць якасць электраэнергіі ў гэтай сетцы пры розных умовах. Для гэтага мы будзем выкарыстоўвацца SPS і MATLAB для аўтаматычнага разліку каэфіцыента гарманічных скажэнняў. Мы можам ажыццяўляць разлік каэфіцыента інтэрактыўна з выкарыстаннем графічнага інтэрфейсу ці выкарыстоўваць скрыпт MATLAB для аўтаматызацыі.
Вернемся да мадэлі, каб паказаць вам гэта на прыкладзе. Наша мадэль электрычнай сеткі самалёта складаецца з генератара, шыны пераменнага току, нагрузак у сетцы пераменнага току, а таксама трансфарматар-выпрамнік і нагрузкі пастаяннага току. Мы жадаем вымераць якасць электраэнергіі ў розных кропках сеткі пры розных умовах. Для пачатку, я пакажу вам, як гэта зрабіць інтэрактыўна толькі для генератара. Затым я пакажу, як аўтаматызаваць гэты працэс з выкарыстаннем MATLAB. Спачатку мы запусцім сімуляцыю, каб сабраць дадзеныя, патрабаваныя для разліку каэфіцыента гарманічных скажэнняў.
Гэты графік (Gen1_Vab) паказвае напругу паміж фазамі генератара. Як вы бачыце, гэта не ідэальная сінусоіда. Гэта азначае, што якасць харчавання ў сетцы адчувае ўплыў ад кампанентаў, якія знаходзяцца ў сетцы. Па канчатку сімуляцыі, мы скарыстаемся хуткім пераўтварэннем Фур'е для разліку каэфіцыента гарманічных скажэнняў. Мы адкрыем блок powergui і адкрыем інструмент аналізу БПФ. Вы бачыце, што ў інструменце аўтаматычна загружаныя дадзеныя, якія я запісаў падчас сімуляцыі. Мы выберам акно БПФ, укажам частату і дыяпазон і адлюструем вынікі. Вы бачыце, што каэфіцыент гарманічных скажэнняў роўны 2.8/XNUMX%. Тут вы бачыце ўклад розных гарамонік. Вы ўбачылі, як можна палічыць каэфіцыент гарманічных скажэнняў інтэрактыўна. Але мы хацелі б аўтаматызаваць гэты працэс, каб разлічыць каэфіцыент пры розных умовах і ў розных кропках сеткі.
Цяпер мы разгледзім магчымасці, якія даступныя для мадэлявання нагрузак у ланцугі пастаяннага току.
Мы можам мадэляваць чыста электрычныя нагрузкі, а таксама шматдысцыплінарныя нагрузкі, якія змяшчаюць элементы з розных інжынерных абласцей, напрыклад, электрычная частка і тэмпературныя эфекты, электрычная, механічная і гідраўлічная частка.
Наш ланцуг пастаяннага току ўключае трансфарматар-выпрамнік, лямпы, абагравальнік, паліўны помпа і батарэю. Дэталёвыя мадэлі могуць улічваць эфекты з іншых абласцей, напрыклад, у мадэлі абагравальніка ўлічваецца змены паводзін электрычнай часткі пры змене тэмпературы. У паліўнай помпе ўлічваюцца эфекты з іншых абласцей, каб таксама ўбачыць іх уплыў на паводзіны кампанента. Я вярнуся да мадэлі, каб паказаць вам, як гэта выглядае.
Гэта мадэль, з якой мы працуем. Як вы бачыце, зараз трансфарматар-выпрамнік і сетка сталага току з'яўляюцца чыста электрычнымі, г.зн. улічваюць толькі эфекты з электрычнай вобласці. У іх спрошчаныя электрычныя мадэлі кампанентаў у гэтай сетцы. Мы можам абраць варыянт гэтай сістэмы (TRU DC Loads -> Multidomain), у якім улічваюцца эфекты з іншых інжынерных абласцей. Вы бачыце, што ў сетцы ў нас тыя ж кампаненты, але, замест лік электрычных мадэляў, мы дадалі іншыя эфекты – напрыклад для хітара, тэмпературная фізічная сетка, якая ўлічвае ўплыў тэмпературы на паводзіны. У помпе мы зараз улічваем гідраўлічныя эфекты ад помпаў і іншых нагрузак у сістэме.
Кампаненты, якія вы бачыце ў мадэлі, сабраны з бібліятэчных блокаў Simscape. Тут ёсць блокі для ўліку электрычных, гідраўлічных, магнітных і іншых дысцыплін. З выкарыстаннем гэтых блокаў можна ствараць мадэлі, якія мы завём шматдысцыплінарнымі, г.зн. якія ўлічваюць эфектныя з розных фізічных і інжынерных дысцыплін.
У мадэль электрычнай сеткі можна інтэграваць эфекты з іншых абласцей.
Бібліятэка блокаў у Simscape уключае ў сябе блокі для мадэлявання эфектаў з іншых абласцей, так, як гідраўлічных або тэмпературных. Выкарыстоўваючы гэтыя кампаненты, можна ствараць больш рэалістычныя нагрузкі для сеткі і затым больш дакладна вызначаць умовы, у якіх могуць працаваць гэтыя кампаненты.
Шляхам камбінацыі гэтых элементаў можна ствараць больш складаныя кампаненты, а таксама ствараць новыя наладжвальныя дысцыпліны або вобласці з выкарыстаннем мовы Simscape.
Больш прасунутыя кампаненты і налады параметрызацыі даступныя ў спецыялізаваных пашырэннях Simscape. У гэтых бібліятэках даступны больш складаныя і дэталёвыя кампаненты з улікам такіх эфектаў, як страты эфектыўнасці і тэмпературныя эфекты. Таксама можна мадэляваць трохмерныя і шматцельныя сістэмы з выкарыстаннем SimMechanics.
Цяпер, калі мы завяршылі дэталёвае праектаванне, мы скарыстаемся вынікамі дэталёвых сімуляцый для наладкі параметраў абстрактнай мадэлі. Гэта дасць нам мадэль, якая працуе хутка, і пры гэтым выдае вынікі, якія супадаюць з вынікамі дэталёвай сімуляцыі.
Мы пачалі працэс распрацоўкі з абстрактных мадэляў кампанентаў. Цяпер, калі ў нас ёсць дэталёвыя мадэлі, мы хацелі б пераканацца, што гэтыя абстрактныя мадэлі выдаюць падобныя вынікі.
Зялёным колерам паказаны першапачатковыя патрабаванні, якія мы атрымалі. Мы хацелі б, каб вынікі абстрактнай мадэлі, адзначаныя тут сінім колерам, былі блізкія з вынікамі сімуляцыі дэталёвай мадэлі, паказанай чырвоным колерам.
Для гэтага, мы зададзім актыўныя і рэактыўныя магутнасці для абстрактнай мадэлі з выкарыстаннем уваходнага сігналу. Замест выкарыстання асобных значэнняў для актыўнай і рэактыўнай магутнасці, мы створым параметрызаваную мадэль, і будзе наладжваць гэтыя параметры такім чынам, каб графікі актыўнай і рэактыўнай магутнасці па выніках сімуляцыі абстрактнай мадэлі супадалі з дэталёвай мадэллю.
Далей мы ўбачым, як можна наладжваць абстрактную мадэль для адпаведнасці вынікам дэталёвай мадэлі.
Вось наша задача. У нас ёсць абстрактная мадэль кампанента ў электрычнай сетцы. Калі мы падаем на яго такі кіравальны сігнал, то на вынахадзе атрымліваецца вось такі вынік для актыўнай і рэактыўнай магутнасці.
Калі мы падаем такі ж сігнал на ўваход дэталёвай мадэлі, мы атрымліваем вось такія вынікі.
Нам трэба, каб вынікі сімуляцыі абстрактнай і дэталёвай мадэлі адпавядалі, каб мы маглі выкарыстоўваць абстрактную мадэль для хуткіх ітэрацый у сістэмнай мадэлі. Для гэтага мы будзем аўтаматычна настройваць параметры абстрактнай мадэлі, пакуль вынікі не супадуць.
Для гэтага мы будзем выкарыстоўваць SDO, які можа аўтаматычна мяняць параметры, пакуль вынікі абстрактнай і дэталёвай мадэлі не супадуць.
Для налады гэтых параметраў мы праробім наступныя крокі.
- Спачатку, мы імпартуем выходныя вынікі сімуляцыі дэталёвай мадэлі і абярэм гэтыя дадзеныя для адзнакі параметраў.
- Затым мы пакажам, якія параметры трэба наладжваць і задамо дыяпазоны параметраў.
- Далей, мы правядзём адзнаку параметраў, пры гэтым SDO будзе наладжваць параметры, пакуль вынікі не супадуць.
- Нарэшце, мы можам выкарыстоўваць іншыя зыходныя дадзеныя для валідацыі вынікаў адзнакі параметраў.
Можна значна паскорыць працэс распрацоўкі шляхам размеркавання сімуляцый з выкарыстаннем паралельных вылічэнняў.
Вы можаце запускаць асобныя сімуляцыі на розных ядрах шмат'ядравага працэсара або на вылічальных кластарах. Калі перад вамі стаіць задача, якая патрабуе запуску мноства сімуляцый - напрыклад, аналіз Монтэ-Карла, падбор параметраў або запуск некалькіх палётных цыклаў, то можна размеркаваць гэтыя сімуляцыі шляхам запуску іх на лакальнай шмат'ядравай машыне або кампутарным кластары.
У шматлікіх выпадках гэта будзе не складаней, чым замяніць цыкл фор у скрыпце на раўналежны цыкл фор, parfor. Гэта можа прывесці да значнага паскарэння набору сімуляцый.
У нас ёсць мадэль электрычнай сеткі самалёта. Мы б хацелі пратэставаць гэтую сетку ў шырокім дыяпазоне працоўных умоў - уключаючы палётныя цыклы, збоі і надвор'е. Мы будзем выкарыстоўваць PCT для паскарэння гэтых тэстаў, MATLAB для наладкі мадэлі пад кожны тэст, які мы хочам запускаць. Затым мы размяркуем сімуляцыі па розных ядрах майго кампутара. Мы ўбачым, што раўналежныя тэсты завяршаюцца значна хутчэй, чым паслядоўныя.
Вось крокі, якія нам трэба выканаць.
- Спачатку, мы створым пул працоўных працэсаў, ці так званых воркераў MATLAB, з выкарыстаннем каманды parpool.
- Затым, мы згенеруем наборы параметраў для кожнага цеста, які мы хочам запусціць.
- Мы запусцім сімуляцыі спачатку паслядоўна, адну за іншы.
- А затым параўнаем гэта з запускам сімуляцый паралельна.
Па выніках агульны час тэсціравання ў паралельным рэжыме прыкладна ў 4 разы меншы, чым у паслядоўным рэжыме. На графіках мы бачылі, што ў асноўным спажываная магутнасць знаходзіцца на чаканым узроўні. Бачныя пікі ставяцца да розных умоў у сетцы, калі ўключаюцца і адключаюцца спажыўцы.
Сімуляцыі ўключалі ў сябе шмат тэстаў, якія мы змаглі хутка запусціць, размеркаваўшы сімуляцыі па розных ядрах кампутара. Гэта дазволіла нам ацаніць сапраўды шырокі набор палётных умоў.
Цяпер, калі мы завяршылі гэтую частку працэсу распрацоўкі, мы ўбачым, як можна аўтаматызаваць стварэнне дакументацыі для кожнага кроку, як можна аўтаматычна запускаць тэсты і дакументаваць вынікі.
Праектаванне сістэмы гэта заўсёды ітэрацыйны працэс. Мы ўносім змену ў праект, тэстуем гэтую змену, ацэньваем вынікі, затым які робіцца новая змена. Працэс дакументавання вынікаў і абгрунтаванняў для змен займае працяглы час. Можна аўтаматызаваць гэты працэс з выкарыстаннем SLRG.
Выкарыстоўваючы SLRG, можна аўтаматызаваць выкананне тэстаў, а затым сабраць вынікі гэтых тэстаў у выглядзе справаздачы. Справаздача можа ўключаць адзнаку вынікаў тэставання, скрыншоты мадэляў і графікаў, код З і MATLAB.
У завяршэнні я нагадаю ключавыя моманты гэтай прэзентацыі.
- Мы ўбачылі шмат магчымасцяў для наладкі мадэлі для пошуку балансу паміж дакладнасцю мадэлі і хуткасцю сімуляцыі - уключаючы рэжымы сімуляцыі і ўзроўні абстракцыі мадэляў.
- Мы ўбачылі, як можна паскараць сімуляцый пры дапамозе алгарытмаў аптымізацыі і паралельных вылічэнняў.
- І, нарэшце, мы ўбачылі, як можна паскараць працэс распрацоўкі шляхам аўтаматызацыі задач сімуляцыі і аналізу ў MATLAB.
Аўтар матэрыялу - Міхаіл Пясельнік, інжынер .
Спасылка на дадзены вэбінар
Крыніца: habr.com