Σχεδιασμός Ηλεκτρικού Δικτύου Αεροσκάφους με Σχεδιασμό βάσει Μοντέλων

Αυτή η δημοσίευση παρέχει μια μεταγραφή του διαδικτυακού σεμιναρίου «Ανάπτυξη ηλεκτρικού δικτύου αεροσκαφών με χρήση σχεδιασμού βάσει μοντέλων». Το διαδικτυακό σεμινάριο διεξήχθη από τον Mikhail Peselnik, μηχανικό Εκθέτης CITM.)

Σήμερα θα μάθουμε ότι μπορούμε να συντονίσουμε μοντέλα για να επιτύχουμε τη βέλτιστη ισορροπία μεταξύ της πιστότητας και της ακρίβειας των αποτελεσμάτων της προσομοίωσης και της ταχύτητας της διαδικασίας προσομοίωσης. Αυτό είναι το κλειδί για την αποτελεσματική χρήση της προσομοίωσης και τη διασφάλιση ότι το επίπεδο λεπτομέρειας στο μοντέλο σας είναι κατάλληλο για την εργασία που σκοπεύετε να εκτελέσετε.

Σχεδιασμός Ηλεκτρικού Δικτύου Αεροσκάφους με Σχεδιασμό βάσει Μοντέλων

Επίσης θα μάθουμε:

  • Πώς μπορείτε να επιταχύνετε τις προσομοιώσεις χρησιμοποιώντας αλγόριθμους βελτιστοποίησης και παράλληλους υπολογιστές.
  • Πώς να διανείμετε προσομοιώσεις σε πολλούς πυρήνες υπολογιστών, επιταχύνοντας εργασίες όπως εκτίμηση παραμέτρων και επιλογή παραμέτρων.
  • Πώς να επιταχύνετε την ανάπτυξη αυτοματοποιώντας εργασίες προσομοίωσης και ανάλυσης χρησιμοποιώντας το MATLAB.
  • Πώς να χρησιμοποιήσετε τα σενάρια MATLAB για αρμονική ανάλυση και να τεκμηριώσετε τα αποτελέσματα οποιουδήποτε τύπου δοκιμής χρησιμοποιώντας αυτόματη δημιουργία αναφορών.

Σχεδιασμός Ηλεκτρικού Δικτύου Αεροσκάφους με Σχεδιασμό βάσει Μοντέλων

Θα ξεκινήσουμε με μια επισκόπηση του μοντέλου ηλεκτρικού δικτύου αεροσκαφών. Θα συζητήσουμε ποιοι είναι οι στόχοι προσομοίωσης μας και θα δούμε τη διαδικασία ανάπτυξης που χρησιμοποιήθηκε για τη δημιουργία του μοντέλου.

Στη συνέχεια θα περάσουμε από τα στάδια αυτής της διαδικασίας, συμπεριλαμβανομένου του αρχικού σχεδιασμού - όπου διευκρινίζουμε τις απαιτήσεις. Λεπτομερής σχεδιασμός - όπου θα δούμε τα επιμέρους στοιχεία του ηλεκτρικού δικτύου και τέλος θα χρησιμοποιήσουμε τα αποτελέσματα της προσομοίωσης του λεπτομερούς σχεδιασμού για να προσαρμόσουμε τις παραμέτρους του αφηρημένου μοντέλου. Τέλος, θα δούμε πώς μπορείτε να τεκμηριώσετε τα αποτελέσματα όλων αυτών των βημάτων σε αναφορές.

Εδώ είναι μια σχηματική αναπαράσταση του συστήματος που αναπτύσσουμε. Αυτό είναι ένα μοντέλο μισού αεροπλάνου που περιλαμβάνει μια γεννήτρια, ένα δίαυλο AC, διάφορα φορτία εναλλασσόμενου ρεύματος, μια μονάδα μετασχηματιστή-ανορθωτή, έναν δίαυλο συνεχούς ρεύματος με διάφορα φορτία και μια μπαταρία.

Σχεδιασμός Ηλεκτρικού Δικτύου Αεροσκάφους με Σχεδιασμό βάσει Μοντέλων

Οι διακόπτες χρησιμοποιούνται για τη σύνδεση εξαρτημάτων στο ηλεκτρικό δίκτυο. Καθώς τα εξαρτήματα ενεργοποιούνται και απενεργοποιούνται κατά τη διάρκεια της πτήσης, οι ηλεκτρικές συνθήκες μπορεί να αλλάξουν. Θέλουμε να αναλύσουμε αυτό το μισό ηλεκτρικό δίκτυο του αεροσκάφους κάτω από αυτές τις μεταβαλλόμενες συνθήκες.

Ένα πλήρες μοντέλο ενός ηλεκτρικού συστήματος αεροσκάφους πρέπει να περιλαμβάνει άλλα εξαρτήματα. Δεν τα έχουμε συμπεριλάβει σε αυτό το μοντέλο ημιεπίπεδου γιατί θέλουμε μόνο να αναλύσουμε τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ αυτών των στοιχείων. Αυτή είναι μια κοινή πρακτική στα αεροσκάφη και τη ναυπηγική.

Στόχοι προσομοίωσης:

  • Προσδιορίστε τις ηλεκτρικές απαιτήσεις για τα διάφορα εξαρτήματα καθώς και τις ηλεκτρικές γραμμές που τα συνδέουν.
  • Αναλύστε τις αλληλεπιδράσεις του συστήματος μεταξύ εξαρτημάτων από διαφορετικούς κλάδους μηχανικής, συμπεριλαμβανομένων των ηλεκτρικών, μηχανικών, υδραυλικών και θερμικών επιδράσεων.
  • Και σε πιο λεπτομερές επίπεδο, πραγματοποιήστε αρμονική ανάλυση.
  • Αναλύστε την ποιότητα της τροφοδοσίας υπό μεταβαλλόμενες συνθήκες και εξετάστε τις τάσεις και τα ρεύματα σε διαφορετικούς κόμβους δικτύου.

Αυτό το σύνολο στόχων προσομοίωσης εξυπηρετείται καλύτερα με τη χρήση μοντέλων διαφορετικού βαθμού λεπτομέρειας. Θα δούμε ότι καθώς προχωράμε στη διαδικασία ανάπτυξης, θα έχουμε ένα αφηρημένο και λεπτομερές μοντέλο.

Όταν εξετάζουμε τα αποτελέσματα προσομοίωσης αυτών των διαφορετικών παραλλαγών μοντέλων, βλέπουμε ότι τα αποτελέσματα του μοντέλου σε επίπεδο συστήματος και του λεπτομερούς μοντέλου είναι τα ίδια.
Σχεδιασμός Ηλεκτρικού Δικτύου Αεροσκάφους με Σχεδιασμό βάσει Μοντέλων

Αν ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στα αποτελέσματα της προσομοίωσης, βλέπουμε ότι ακόμα και παρά τη δυναμική που προκαλείται από την εναλλαγή των συσκευών ισχύος στη λεπτομερή έκδοση του μοντέλου μας, τα συνολικά αποτελέσματα της προσομοίωσης είναι τα ίδια.

Αυτό μας επιτρέπει να εκτελούμε γρήγορες επαναλήψεις σε επίπεδο συστήματος, καθώς και λεπτομερή ανάλυση του ηλεκτρικού συστήματος σε κοκκώδες επίπεδο. Έτσι μπορούμε να πετύχουμε τους στόχους μας αποτελεσματικά.

Τώρα ας μιλήσουμε για το μοντέλο με το οποίο δουλεύουμε. Έχουμε δημιουργήσει πολλές επιλογές για κάθε εξάρτημα στο ηλεκτρικό δίκτυο. Θα επιλέξουμε ποια παραλλαγή στοιχείου θα χρησιμοποιήσουμε ανάλογα με το πρόβλημα που λύνουμε.

Όταν διερευνούμε τις επιλογές παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας στο δίκτυο, μπορούμε να αντικαταστήσουμε την ενσωματωμένη γεννήτρια μετάδοσης κίνησης με μια γεννήτρια μεταβλητής ταχύτητας τύπου κυκλοαγωγού ή μια γεννήτρια συχνότητας συζευγμένης DC. Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε αφηρημένα ή λεπτομερή εξαρτήματα φορτίου σε ένα κύκλωμα AC.

Ομοίως, για ένα δίκτυο συνεχούς ρεύματος, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε μια αφηρημένη, λεπτομερή ή πολυεπιστημονική επιλογή που λαμβάνει υπόψη την επιρροή άλλων φυσικών κλάδων όπως η μηχανική, η υδραυλική και τα αποτελέσματα θερμοκρασίας.

Περισσότερες λεπτομέρειες για το μοντέλο.

Σχεδιασμός Ηλεκτρικού Δικτύου Αεροσκάφους με Σχεδιασμό βάσει Μοντέλων

Εδώ βλέπετε τη γεννήτρια, το δίκτυο διανομής και τα στοιχεία του δικτύου. Το μοντέλο έχει ρυθμιστεί επί του παρόντος για προσομοίωση με μοντέλα αφηρημένης συνιστώσας. Ο ενεργοποιητής μοντελοποιείται απλώς καθορίζοντας την ενεργό και άεργο ισχύ που καταναλώνει το εξάρτημα.

Εάν διαμορφώσουμε αυτό το μοντέλο ώστε να χρησιμοποιεί λεπτομερείς παραλλαγές εξαρτημάτων, ο ενεργοποιητής έχει ήδη μοντελοποιηθεί ως ηλεκτρική μηχανή. Διαθέτουμε σύγχρονο κινητήρα μόνιμου μαγνήτη, μετατροπείς και σύστημα διαύλου DC και ελέγχου. Αν κοιτάξουμε τη μονάδα μετασχηματιστή-ανορθωτή, βλέπουμε ότι έχει μοντελοποιηθεί χρησιμοποιώντας μετασχηματιστές και γενικές γέφυρες που χρησιμοποιούνται στα ηλεκτρονικά ισχύος.

Μπορούμε επίσης να επιλέξουμε μια επιλογή συστήματος (στο TRU DC Loads -> Block Choices -> Multidomain) που λαμβάνει υπόψη τις επιπτώσεις που σχετίζονται με άλλα φυσικά φαινόμενα (στην αντλία καυσίμου). Για την αντλία καυσίμου, βλέπουμε ότι έχουμε υδραυλική αντλία, υδραυλικά φορτία. Για τον θερμαντήρα, βλέπουμε τα αποτελέσματα της θερμοκρασίας που επηρεάζουν τη συμπεριφορά αυτού του εξαρτήματος καθώς αλλάζει η θερμοκρασία. Η γεννήτρια μας έχει μοντελοποιηθεί χρησιμοποιώντας ένα σύγχρονο μηχάνημα και έχουμε ένα σύστημα ελέγχου για να ρυθμίσουμε το πεδίο τάσης για αυτό το μηχάνημα.

Οι κύκλοι πτήσης επιλέγονται χρησιμοποιώντας μια μεταβλητή MATLAB που ονομάζεται Flight_Cycle_Num. Και εδώ βλέπουμε δεδομένα από τον χώρο εργασίας του MATLAB που ελέγχει πότε ενεργοποιούνται και απενεργοποιούνται ορισμένα εξαρτήματα ηλεκτρικού δικτύου. Αυτό το διάγραμμα (Plot_FC) δείχνει για τον πρώτο κύκλο πτήσης όταν ενεργοποιούνται ή απενεργοποιούνται τα στοιχεία.

Εάν συντονίσουμε το μοντέλο στην έκδοση Tuned, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε αυτό το σενάριο (Test_APN_Model_SHORT) για να εκτελέσουμε το μοντέλο και να το δοκιμάσουμε σε τρεις διαφορετικούς κύκλους πτήσης. Ο πρώτος κύκλος πτήσης βρίσκεται σε εξέλιξη και δοκιμάζουμε το σύστημα υπό διάφορες συνθήκες. Στη συνέχεια διαμορφώνουμε αυτόματα το μοντέλο για να εκτελέσει έναν δεύτερο κύκλο πτήσης και έναν τρίτο. Μετά την ολοκλήρωση αυτών των δοκιμών, έχουμε μια αναφορά που δείχνει τα αποτελέσματα αυτών των τριών δοκιμών σε σύγκριση με προηγούμενες δοκιμαστικές εκτελέσεις. Στην αναφορά μπορείτε να δείτε στιγμιότυπα οθόνης του μοντέλου, στιγμιότυπα από γραφήματα που δείχνουν την ταχύτητα, την τάση και την παραγόμενη ισχύ στην έξοδο της γεννήτριας, γραφήματα σύγκρισης με προηγούμενες δοκιμές, καθώς και τα αποτελέσματα μιας ανάλυσης της ποιότητας του ηλεκτρικού δικτύου.

Σχεδιασμός Ηλεκτρικού Δικτύου Αεροσκάφους με Σχεδιασμό βάσει Μοντέλων

Η εύρεση ενός συμβιβασμού μεταξύ της πιστότητας μοντέλου και της ταχύτητας προσομοίωσης είναι το κλειδί για την αποτελεσματική χρήση της προσομοίωσης. Καθώς προσθέτετε περισσότερες λεπτομέρειες στο μοντέλο σας, ο χρόνος που απαιτείται για τον υπολογισμό και την προσομοίωση του μοντέλου αυξάνεται. Είναι σημαντικό να προσαρμόσετε το μοντέλο για το συγκεκριμένο πρόβλημα που επιλύετε.

Όταν μας ενδιαφέρουν λεπτομέρειες όπως η ποιότητα ισχύος, προσθέτουμε εφέ όπως εναλλαγή ηλεκτρονικών ισχύος και ρεαλιστικά φορτία. Ωστόσο, όταν μας ενδιαφέρουν θέματα όπως η παραγωγή ή η κατανάλωση ενέργειας από διάφορα εξαρτήματα στο ηλεκτρικό δίκτυο, θα χρησιμοποιήσουμε πολύπλοκη μέθοδο προσομοίωσης, αφηρημένα φορτία και μοντέλα μέσης τάσης.

Χρησιμοποιώντας τα προϊόντα Mathworks, μπορείτε να επιλέξετε το σωστό επίπεδο λεπτομέρειας για το πρόβλημα που αντιμετωπίζετε.

Σχεδιασμός Ηλεκτρικού Δικτύου Αεροσκάφους με Σχεδιασμό βάσει Μοντέλων

Για να σχεδιάσουμε αποτελεσματικά, χρειαζόμαστε αφηρημένα και λεπτομερή μοντέλα εξαρτημάτων. Δείτε πώς ταιριάζουν αυτές οι επιλογές στη διαδικασία ανάπτυξής μας:

  • Αρχικά, διευκρινίζουμε τις απαιτήσεις χρησιμοποιώντας μια αφηρημένη έκδοση του μοντέλου.
  • Στη συνέχεια χρησιμοποιούμε τις εκλεπτυσμένες απαιτήσεις για να σχεδιάσουμε λεπτομερώς το εξάρτημα.
  • Μπορούμε να συνδυάσουμε μια αφηρημένη και λεπτομερή έκδοση ενός στοιχείου στο μοντέλο μας, επιτρέποντας την επαλήθευση και τον συνδυασμό του εξαρτήματος με μηχανικά συστήματα και συστήματα ελέγχου.
  • Τέλος, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τα αποτελέσματα της προσομοίωσης του λεπτομερούς μοντέλου για να συντονίσουμε τις παραμέτρους του αφηρημένου μοντέλου. Αυτό θα μας δώσει ένα μοντέλο που τρέχει γρήγορα και παράγει ακριβή αποτελέσματα.

Μπορείτε να δείτε ότι αυτές οι δύο επιλογές —σύστημα και λεπτομερές μοντέλο— αλληλοσυμπληρώνονται. Η εργασία που κάνουμε με το αφηρημένο μοντέλο για την αποσαφήνιση των απαιτήσεων μειώνει τον αριθμό των επαναλήψεων που απαιτούνται για λεπτομερή σχεδιασμό. Αυτό επιταχύνει τη διαδικασία ανάπτυξής μας. Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης του λεπτομερούς μοντέλου μας δίνουν ένα αφηρημένο μοντέλο που εκτελείται γρήγορα και παράγει ακριβή αποτελέσματα. Αυτό μας επιτρέπει να επιτύχουμε μια αντιστοίχιση μεταξύ του επιπέδου λεπτομέρειας του μοντέλου και της εργασίας που εκτελεί η προσομοίωση.

Σχεδιασμός Ηλεκτρικού Δικτύου Αεροσκάφους με Σχεδιασμό βάσει Μοντέλων

Πολλές εταιρείες σε όλο τον κόσμο χρησιμοποιούν το MOS για την ανάπτυξη πολύπλοκων συστημάτων. Η Airbus αναπτύσσει ένα σύστημα διαχείρισης καυσίμου για το A380 με βάση το MOP. Αυτό το σύστημα περιέχει περισσότερες από 20 αντλίες και περισσότερες από 40 βαλβίδες. Μπορείτε να φανταστείτε τον αριθμό των διαφορετικών σεναρίων αποτυχίας που θα μπορούσαν να προκύψουν. Χρησιμοποιώντας την προσομοίωση, μπορούν να εκτελέσουν πάνω από εκατό χιλιάδες δοκιμές κάθε Σαββατοκύριακο. Αυτό τους δίνει τη σιγουριά ότι, ανεξάρτητα από το σενάριο αποτυχίας, το σύστημα ελέγχου τους μπορεί να το χειριστεί.

Τώρα που είδαμε μια επισκόπηση του μοντέλου μας και τους στόχους προσομοίωσης μας, θα προχωρήσουμε στη διαδικασία σχεδιασμού. Θα ξεκινήσουμε χρησιμοποιώντας ένα αφηρημένο μοντέλο για να διευκρινίσουμε τις απαιτήσεις συστήματος. Αυτές οι εκλεπτυσμένες απαιτήσεις θα χρησιμοποιηθούν για λεπτομερή σχεδιασμό.

Σχεδιασμός Ηλεκτρικού Δικτύου Αεροσκάφους με Σχεδιασμό βάσει Μοντέλων

Θα δούμε πώς να ενσωματώσουμε έγγραφα απαιτήσεων στη διαδικασία ανάπτυξης. Έχουμε ένα μεγάλο έγγραφο απαιτήσεων που περιγράφει όλες τις απαιτήσεις για το σύστημά μας. Είναι πολύ δύσκολο να συγκριθούν οι απαιτήσεις με το έργο στο σύνολό του και να βεβαιωθείτε ότι το έργο πληροί αυτές τις απαιτήσεις.

Σχεδιασμός Ηλεκτρικού Δικτύου Αεροσκάφους με Σχεδιασμό βάσει Μοντέλων

Χρησιμοποιώντας το SLVNV, μπορείτε να συνδέσετε απευθείας έγγραφα απαιτήσεων και το μοντέλο στο Simulink. Μπορείτε να δημιουργήσετε συνδέσμους απευθείας από το μοντέλο απευθείας στις απαιτήσεις. Αυτό διευκολύνει την επαλήθευση ότι ένα συγκεκριμένο τμήμα του μοντέλου σχετίζεται με μια συγκεκριμένη απαίτηση και το αντίστροφο. Αυτή η επικοινωνία είναι αμφίδρομη. Έτσι, αν εξετάζουμε μια απαίτηση, μπορούμε γρήγορα να μεταβούμε σε ένα μοντέλο για να δούμε πώς ικανοποιείται αυτή η απαίτηση.

Σχεδιασμός Ηλεκτρικού Δικτύου Αεροσκάφους με Σχεδιασμό βάσει Μοντέλων

Τώρα που έχουμε ενσωματώσει το έγγραφο απαιτήσεων στη ροή εργασιών, θα βελτιώσουμε τις απαιτήσεις για το ηλεκτρικό δίκτυο. Συγκεκριμένα, θα εξετάσουμε τις απαιτήσεις φορτίου λειτουργίας, αιχμής και σχεδιασμού για γεννήτριες και γραμμές μεταφοράς. Θα τα δοκιμάσουμε σε ένα ευρύ φάσμα συνθηκών πλέγματος. Εκείνοι. κατά τη διάρκεια διαφορετικών κύκλων πτήσης, όταν ενεργοποιούνται και απενεργοποιούνται διαφορετικά φορτία. Δεδομένου ότι επικεντρωνόμαστε μόνο στην ισχύ, θα παραμελήσουμε την εναλλαγή των ηλεκτρονικών ισχύος. Επομένως, θα χρησιμοποιήσουμε αφηρημένα μοντέλα και απλοποιημένες μεθόδους προσομοίωσης. Αυτό σημαίνει ότι θα συντονίσουμε το μοντέλο ώστε να αγνοούμε λεπτομέρειες που δεν χρειαζόμαστε. Αυτό θα κάνει την προσομοίωση να εκτελεστεί πιο γρήγορα και θα μας επιτρέψει να δοκιμάσουμε τις συνθήκες κατά τη διάρκεια μεγάλων κύκλων πτήσης.

Έχουμε μια πηγή εναλλασσόμενου ρεύματος που διέρχεται από μια αλυσίδα αντιστάσεων, χωρητικοτήτων και επαγωγών. Υπάρχει ένας διακόπτης στο κύκλωμα που ανοίγει μετά από κάποιο χρονικό διάστημα και μετά κλείνει ξανά. Εάν εκτελέσετε την προσομοίωση, μπορείτε να δείτε τα αποτελέσματα με τη συνεχή επίλυση. (V1) Μπορείτε να δείτε ότι οι ταλαντώσεις που σχετίζονται με το άνοιγμα και το κλείσιμο του διακόπτη εμφανίζονται με ακρίβεια.

Τώρα ας μεταβούμε σε διακριτή λειτουργία. Κάντε διπλό κλικ στο μπλοκ PowerGui και επιλέξτε τη διακριτή λύση στην καρτέλα Επίλυση. Μπορείτε να δείτε ότι ο διακριτός επιλύτης έχει πλέον επιλεγεί. Ας ξεκινήσουμε την προσομοίωση. Θα δείτε ότι τα αποτελέσματα είναι πλέον σχεδόν τα ίδια, αλλά η ακρίβεια εξαρτάται από τον επιλεγμένο ρυθμό δειγματοληψίας.

Σχεδιασμός Ηλεκτρικού Δικτύου Αεροσκάφους με Σχεδιασμό βάσει Μοντέλων

Τώρα μπορώ να επιλέξω τη λειτουργία σύνθετης προσομοίωσης, να ορίσω τη συχνότητα - αφού η λύση λαμβάνεται μόνο σε μια συγκεκριμένη συχνότητα - και να εκτελέσω ξανά την προσομοίωση. Θα δείτε ότι εμφανίζονται μόνο τα πλάτη του σήματος. Κάνοντας κλικ σε αυτό το μπλοκ, μπορώ να εκτελέσω ένα σενάριο MATLAB που θα εκτελέσει το μοντέλο διαδοχικά και στις τρεις λειτουργίες προσομοίωσης και θα σχεδιάσει τα σχέδια που προκύπτουν το ένα πάνω στο άλλο. Αν κοιτάξουμε πιο προσεκτικά το ρεύμα και την τάση, θα δούμε ότι τα διακριτά αποτελέσματα είναι κοντά στα συνεχή, αλλά συμπίπτουν πλήρως. Αν κοιτάξετε το ρεύμα, μπορείτε να δείτε ότι υπάρχει μια κορυφή που δεν σημειώθηκε στη διακριτή λειτουργία της προσομοίωσης. Και βλέπουμε ότι η σύνθετη λειτουργία σάς επιτρέπει να βλέπετε μόνο το πλάτος. Αν κοιτάξετε το βήμα του λύτη, μπορείτε να δείτε ότι ο σύνθετος λύτης απαιτούσε μόνο 56 βήματα, ενώ οι άλλοι λύτες απαιτούσαν πολλά περισσότερα βήματα για να ολοκληρώσουν την προσομοίωση. Αυτό επέτρεψε στη σύνθετη λειτουργία προσομοίωσης να εκτελείται πολύ πιο γρήγορα από άλλες λειτουργίες.

Σχεδιασμός Ηλεκτρικού Δικτύου Αεροσκάφους με Σχεδιασμό βάσει Μοντέλων

Εκτός από την επιλογή της κατάλληλης λειτουργίας προσομοίωσης, χρειαζόμαστε μοντέλα με κατάλληλο επίπεδο λεπτομέρειας. Για να διευκρινίσουμε τις απαιτήσεις ισχύος των εξαρτημάτων σε ένα ηλεκτρικό δίκτυο, θα χρησιμοποιήσουμε αφηρημένα μοντέλα γενικής εφαρμογής. Το μπλοκ Dynamic Load μας επιτρέπει να καθορίσουμε την ενεργή και άεργη ισχύ που καταναλώνει ή παράγει ένα στοιχείο στο δίκτυο.

Θα ορίσουμε ένα αρχικό αφηρημένο μοντέλο για άεργο και ενεργό ισχύ με βάση ένα αρχικό σύνολο απαιτήσεων. Θα χρησιμοποιήσουμε το μπλοκ Ideal source ως πηγή. Αυτό θα σας επιτρέψει να ρυθμίσετε την τάση στο δίκτυο και μπορείτε να το χρησιμοποιήσετε για να προσδιορίσετε τις παραμέτρους της γεννήτριας και να κατανοήσετε πόση ισχύ θα πρέπει να παράγει.

Στη συνέχεια, θα δείτε πώς να χρησιμοποιήσετε την προσομοίωση για να βελτιώσετε τις απαιτήσεις ισχύος για μια γεννήτρια και τις γραμμές μεταφοράς.

Σχεδιασμός Ηλεκτρικού Δικτύου Αεροσκάφους με Σχεδιασμό βάσει Μοντέλων

Έχουμε ένα αρχικό σύνολο απαιτήσεων που περιλαμβάνουν την ονομαστική ισχύ και τον συντελεστή ισχύος για τα εξαρτήματα του δικτύου. Έχουμε επίσης μια σειρά από συνθήκες υπό τις οποίες μπορεί να λειτουργήσει αυτό το δίκτυο. Θέλουμε να βελτιώσουμε αυτές τις αρχικές απαιτήσεις δοκιμάζοντας κάτω από ένα ευρύ φάσμα συνθηκών. Θα το κάνουμε αυτό συντονίζοντας το μοντέλο ώστε να χρησιμοποιεί αφηρημένα φορτία και πηγές και δοκιμάζοντας τις απαιτήσεις σε ένα ευρύ φάσμα συνθηκών λειτουργίας.

Θα διαμορφώσουμε το μοντέλο ώστε να χρησιμοποιεί αφηρημένα μοντέλα φορτίου και γεννήτριας και θα δούμε την ισχύ που παράγεται και καταναλώνεται σε ένα ευρύ φάσμα συνθηκών λειτουργίας.

Σχεδιασμός Ηλεκτρικού Δικτύου Αεροσκάφους με Σχεδιασμό βάσει Μοντέλων

Τώρα θα προχωρήσουμε στο λεπτομερές σχέδιο. Θα χρησιμοποιήσουμε τις εκλεπτυσμένες απαιτήσεις για τη λεπτομέρεια του σχεδιασμού και θα συνδυάσουμε αυτά τα λεπτομερή στοιχεία με το μοντέλο συστήματος για να εντοπίσουμε προβλήματα ενοποίησης.

Σχεδιασμός Ηλεκτρικού Δικτύου Αεροσκάφους με Σχεδιασμό βάσει Μοντέλων

Σήμερα, υπάρχουν πολλές επιλογές για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας σε ένα αεροσκάφος. Τυπικά η γεννήτρια κινείται μέσω επικοινωνίας με έναν αεριοστρόβιλο. Ο στρόβιλος περιστρέφεται με μεταβλητή συχνότητα. Εάν το δίκτυο πρέπει να έχει σταθερή συχνότητα, τότε απαιτείται μετατροπή από μεταβλητή ταχύτητα άξονα στροβίλου σε σταθερή συχνότητα στο δίκτυο. Αυτό μπορεί να γίνει χρησιμοποιώντας μια ενσωματωμένη κίνηση σταθερής ταχύτητας ανάντη της γεννήτριας ή χρησιμοποιώντας ηλεκτρονικά ισχύος για τη μετατροπή AC μεταβλητής συχνότητας σε εναλλασσόμενο ρεύμα σταθερής συχνότητας. Υπάρχουν επίσης συστήματα με κινητή συχνότητα, όπου η συχνότητα στο δίκτυο μπορεί να αλλάξει και η μετατροπή ενέργειας γίνεται στα φορτία του δικτύου.

Κάθε μία από αυτές τις επιλογές απαιτεί μια γεννήτρια και ηλεκτρονικά στοιχεία ισχύος για τη μετατροπή της ενέργειας.

Σχεδιασμός Ηλεκτρικού Δικτύου Αεροσκάφους με Σχεδιασμό βάσει Μοντέλων

Έχουμε έναν αεριοστρόβιλο που περιστρέφεται με μεταβλητή ταχύτητα. Αυτή η τουρμπίνα χρησιμοποιείται για την περιστροφή του άξονα της γεννήτριας, ο οποίος παράγει εναλλασσόμενο ρεύμα μεταβλητής συχνότητας. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν διάφορες επιλογές ηλεκτρονικών ισχύος για τη μετατροπή αυτής της μεταβλητής συχνότητας σε σταθερή συχνότητα. Θα θέλαμε να αξιολογήσουμε αυτές τις διαφορετικές επιλογές. Αυτό μπορεί να γίνει χρησιμοποιώντας SPS.

Μπορούμε να μοντελοποιήσουμε καθένα από αυτά τα συστήματα και να εκτελέσουμε προσομοιώσεις κάτω από διαφορετικές συνθήκες για να αξιολογήσουμε ποια επιλογή είναι καλύτερη για το σύστημά μας. Ας περάσουμε στο μοντέλο και ας δούμε πώς γίνεται αυτό.

Σχεδιασμός Ηλεκτρικού Δικτύου Αεροσκάφους με Σχεδιασμό βάσει Μοντέλων

Εδώ είναι το μοντέλο με το οποίο δουλεύουμε. Η μεταβλητή ταχύτητα από τον άξονα του αεριοστροβίλου μεταδίδεται στη γεννήτρια. Και ο κυκλομετατροπέας χρησιμοποιείται για την παραγωγή εναλλασσόμενου ρεύματος σταθερής συχνότητας. Εάν εκτελέσετε την προσομοίωση, θα δείτε πώς συμπεριφέρεται το μοντέλο. Το επάνω γράφημα δείχνει τη μεταβλητή ταχύτητα ενός αεριοστρόβιλου. Βλέπεις ότι αλλάζει η συχνότητα. Αυτό το κίτρινο σήμα στο δεύτερο γράφημα είναι η τάση από μία από τις φάσεις στην έξοδο της γεννήτριας. Αυτό το εναλλασσόμενο ρεύμα σταθερής συχνότητας δημιουργείται από μεταβλητή ταχύτητα χρησιμοποιώντας ηλεκτρονικά ισχύος.

Ας δούμε πώς περιγράφονται τα φορτία AC. Το δικό μας συνδέεται με μια λάμπα, μια υδραυλική αντλία και έναν ενεργοποιητή. Αυτά τα στοιχεία μοντελοποιούνται χρησιμοποιώντας μπλοκ από το SPS.

Κάθε ένα από αυτά τα μπλοκ στο SPS περιλαμβάνει ρυθμίσεις διαμόρφωσης που σας επιτρέπουν να προσαρμόζετε διαφορετικές διαμορφώσεις στοιχείων και να προσαρμόζετε το επίπεδο λεπτομέρειας στο μοντέλο σας.

Σχεδιασμός Ηλεκτρικού Δικτύου Αεροσκάφους με Σχεδιασμό βάσει Μοντέλων

Διαμορφώσαμε τα μοντέλα ώστε να εκτελούν μια λεπτομερή έκδοση κάθε στοιχείου. Έτσι, έχουμε πολλή ισχύ για να μοντελοποιήσουμε φορτία AC και προσομοιώνοντας λεπτομερή στοιχεία σε διακριτή λειτουργία μπορούμε να δούμε πολύ περισσότερες λεπτομέρειες για το τι συμβαίνει στο ηλεκτρικό μας δίκτυο.

Μία από τις εργασίες που θα εκτελέσουμε με τη λεπτομερή έκδοση του μοντέλου είναι η ανάλυση της ποιότητας της ηλεκτρικής ενέργειας.

Σχεδιασμός Ηλεκτρικού Δικτύου Αεροσκάφους με Σχεδιασμό βάσει Μοντέλων

Όταν ένα φορτίο εισάγεται στο σύστημα, μπορεί να προκαλέσει παραμόρφωση κυματομορφής στην πηγή τάσης. Αυτό είναι ένα ιδανικό ημιτονοειδές και ένα τέτοιο σήμα θα βρίσκεται στην έξοδο της γεννήτριας εάν τα φορτία είναι σταθερά. Ωστόσο, καθώς αυξάνεται ο αριθμός των στοιχείων που μπορούν να ενεργοποιηθούν και να απενεργοποιηθούν, αυτή η κυματομορφή μπορεί να παραμορφωθεί και να οδηγήσει σε τέτοιες μικρές υπερβάσεις.

Αυτές οι αιχμές στην κυματομορφή στην πηγή τάσης μπορεί να προκαλέσουν προβλήματα. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε υπερθέρμανση της γεννήτριας λόγω εναλλαγής στα ηλεκτρονικά ισχύος, αυτό μπορεί να δημιουργήσει μεγάλα ουδέτερα ρεύματα και επίσης να προκαλέσει περιττή εναλλαγή στα ηλεκτρονικά ισχύος επειδή δεν περιμένουν αυτή την αναπήδηση στο σήμα.

Το Harmonic Distortion προσφέρει ένα μέτρο της ποιότητας της ηλεκτρικής ισχύος AC. Είναι σημαντικό να μετράτε αυτή την αναλογία υπό μεταβαλλόμενες συνθήκες δικτύου, επειδή η ποιότητα θα ποικίλλει ανάλογα με το στοιχείο που είναι ενεργοποιημένο και απενεργοποιημένο. Αυτή η αναλογία είναι εύκολο να μετρηθεί χρησιμοποιώντας τα εργαλεία MathWorks και μπορεί να αυτοματοποιηθεί για δοκιμές κάτω από ένα ευρύ φάσμα συνθηκών.

Μάθετε περισσότερα για το THD στο Wikipedia.

Στη συνέχεια θα δούμε πώς θα πραγματοποιηθεί ανάλυση ποιότητας ισχύος με χρήση προσομοίωσης.

Έχουμε ένα μοντέλο του ηλεκτρικού δικτύου ενός αεροσκάφους. Λόγω των διαφόρων φορτίων στο δίκτυο, η κυματομορφή τάσης στην έξοδο της γεννήτριας παραμορφώνεται. Αυτό οδηγεί σε υποβάθμιση της ποιότητας των τροφίμων. Αυτά τα φορτία αποσυνδέονται και μεταφέρονται στο διαδίκτυο σε διάφορες χρονικές στιγμές κατά τη διάρκεια του κύκλου πτήσης.

Θέλουμε να αξιολογήσουμε την ποιότητα ισχύος αυτού του δικτύου υπό διαφορετικές συνθήκες. Για αυτό θα χρησιμοποιήσουμε SPS και MATLAB για να υπολογίσουμε αυτόματα το THD. Μπορούμε να υπολογίσουμε την αναλογία διαδραστικά χρησιμοποιώντας ένα GUI ή να χρησιμοποιήσουμε ένα σενάριο MATLAB για αυτοματισμό.

Ας επιστρέψουμε στο μοντέλο για να σας το δείξουμε με ένα παράδειγμα. Το μοντέλο ηλεκτρικού δικτύου του αεροσκάφους μας αποτελείται από μια γεννήτρια, έναν δίαυλο AC, φορτία εναλλασσόμενου ρεύματος και έναν μετασχηματιστή-ανορθωτή και φορτία συνεχούς ρεύματος. Θέλουμε να μετρήσουμε την ποιότητα ισχύος σε διαφορετικά σημεία του δικτύου υπό διαφορετικές συνθήκες. Για να ξεκινήσετε, θα σας δείξω πώς να το κάνετε αυτό διαδραστικά μόνο για τη γεννήτρια. Στη συνέχεια, θα σας δείξω πώς να αυτοματοποιήσετε αυτή τη διαδικασία χρησιμοποιώντας το MATLAB. Πρώτα θα εκτελέσουμε μια προσομοίωση για τη συλλογή των δεδομένων που απαιτούνται για τον υπολογισμό του THD.

Σχεδιασμός Ηλεκτρικού Δικτύου Αεροσκάφους με Σχεδιασμό βάσει Μοντέλων

Αυτό το γράφημα (Gen1_Vab) δείχνει την τάση μεταξύ των φάσεων της γεννήτριας. Όπως μπορείτε να δείτε, αυτό δεν είναι τέλειο ημιτονοειδές κύμα. Αυτό σημαίνει ότι η ποιότητα ισχύος του δικτύου επηρεάζεται από τα στοιχεία του δικτύου. Μόλις ολοκληρωθεί η προσομοίωση, θα χρησιμοποιήσουμε τον Γρήγορο Μετασχηματισμό Fourier για να υπολογίσουμε το THD. Θα ανοίξουμε το μπλοκ powergui και θα ανοίξουμε το εργαλείο ανάλυσης FFT. Μπορείτε να δείτε ότι το εργαλείο φορτώνεται αυτόματα με τα δεδομένα που κατέγραψα κατά τη διάρκεια της προσομοίωσης. Θα επιλέξουμε το παράθυρο FFT, θα καθορίσουμε τη συχνότητα και το εύρος και θα εμφανίσουμε τα αποτελέσματα. Μπορείτε να δείτε ότι ο συντελεστής αρμονικής παραμόρφωσης είναι 2.8%. Εδώ μπορείτε να δείτε τη συμβολή των διαφόρων αρμονικών. Είδατε πώς μπορείτε να υπολογίσετε τον συντελεστή αρμονικής παραμόρφωσης διαδραστικά. Αλλά θα θέλαμε να αυτοματοποιήσουμε αυτή τη διαδικασία για να υπολογίσουμε τον συντελεστή υπό διαφορετικές συνθήκες και σε διαφορετικά σημεία του δικτύου.

Θα εξετάσουμε τώρα τις διαθέσιμες επιλογές για τη μοντελοποίηση φορτίων DC.

Μπορούμε να μοντελοποιήσουμε αμιγώς ηλεκτρικά φορτία καθώς και πολυκλαδικά φορτία που περιέχουν στοιχεία από διαφορετικά πεδία μηχανικής, όπως ηλεκτρικά και θερμικά φαινόμενα, ηλεκτρικά, μηχανικά και υδραυλικά.

Σχεδιασμός Ηλεκτρικού Δικτύου Αεροσκάφους με Σχεδιασμό βάσει Μοντέλων

Το κύκλωμά μας DC περιλαμβάνει μετασχηματιστή-ανορθωτή, λαμπτήρες, θερμάστρα, αντλία καυσίμου και μπαταρία. Τα λεπτομερή μοντέλα μπορούν να λαμβάνουν υπόψη επιδράσεις από άλλες περιοχές, για παράδειγμα, ένα μοντέλο θερμαντήρα λαμβάνει υπόψη τις αλλαγές στη συμπεριφορά του ηλεκτρικού τμήματος καθώς αλλάζει η θερμοκρασία. Η αντλία καυσίμου λαμβάνει υπόψη τις επιπτώσεις από άλλες περιοχές για να δει επίσης τον αντίκτυπό τους στη συμπεριφορά του εξαρτήματος. Θα επιστρέψω στο μοντέλο για να σας δείξω πώς μοιάζει.

Αυτό είναι το μοντέλο με το οποίο δουλεύουμε. Όπως βλέπετε, τώρα ο μετασχηματιστής-ανορθωτής και το δίκτυο συνεχούς ρεύματος είναι αμιγώς ηλεκτρικά, δηλ. λαμβάνονται υπόψη μόνο τα αποτελέσματα από τον ηλεκτρικό τομέα. Έχουν απλοποιημένα ηλεκτρικά μοντέλα των εξαρτημάτων αυτού του δικτύου. Μπορούμε να επιλέξουμε μια παραλλαγή αυτού του συστήματος (TRU DC Loads -> Multidomain) που λαμβάνει υπόψη τα αποτελέσματα από άλλα πεδία μηχανικής. Βλέπετε ότι στο δίκτυο έχουμε τα ίδια εξαρτήματα, αλλά αντί για τον αριθμό των ηλεκτρικών μοντέλων, προσθέσαμε άλλα εφέ - για παράδειγμα, για το hiter, ένα φυσικό δίκτυο θερμοκρασίας που λαμβάνει υπόψη την επίδραση της θερμοκρασίας στη συμπεριφορά. Στην αντλία λαμβάνουμε πλέον υπόψη τις υδραυλικές επιδράσεις των αντλιών και άλλων φορτίων στο σύστημα.

Τα στοιχεία που βλέπετε στο μοντέλο συναρμολογούνται από μπλοκ βιβλιοθήκης Simscape. Υπάρχουν μπλοκ για τη λογιστική για ηλεκτρικούς, υδραυλικούς, μαγνητικούς και άλλους κλάδους. Χρησιμοποιώντας αυτά τα μπλοκ, μπορείτε να δημιουργήσετε μοντέλα που ονομάζουμε πολυεπιστημονικά, δηλ. λαμβάνοντας υπόψη τις επιπτώσεις από διάφορους κλάδους φυσικής και μηχανικής.

Τα εφέ από άλλες περιοχές μπορούν να ενσωματωθούν στο μοντέλο ηλεκτρικού δικτύου.

Σχεδιασμός Ηλεκτρικού Δικτύου Αεροσκάφους με Σχεδιασμό βάσει Μοντέλων

Η βιβλιοθήκη μπλοκ Simscape περιλαμβάνει μπλοκ για προσομοίωση εφέ από άλλους τομείς, όπως υδραυλικά συστήματα ή θερμοκρασία. Χρησιμοποιώντας αυτά τα στοιχεία, μπορείτε να δημιουργήσετε πιο ρεαλιστικά φορτία δικτύου και στη συνέχεια να ορίσετε με μεγαλύτερη ακρίβεια τις συνθήκες υπό τις οποίες μπορούν να λειτουργήσουν αυτά τα στοιχεία.

Συνδυάζοντας αυτά τα στοιχεία, μπορείτε να δημιουργήσετε πιο σύνθετα στοιχεία, καθώς και να δημιουργήσετε νέους προσαρμοσμένους κλάδους ή περιοχές χρησιμοποιώντας τη γλώσσα Simscape.

Πιο προηγμένα στοιχεία και ρυθμίσεις παραμετροποίησης είναι διαθέσιμα σε εξειδικευμένες επεκτάσεις Simscape. Πιο πολύπλοκα και λεπτομερή στοιχεία είναι διαθέσιμα σε αυτές τις βιβλιοθήκες, λαμβάνοντας υπόψη επιδράσεις όπως απώλειες απόδοσης και επιδράσεις θερμοκρασίας. Μπορείτε επίσης να μοντελοποιήσετε συστήματα 3D και πολλαπλών σωμάτων χρησιμοποιώντας το SimMechanics.

Τώρα που ολοκληρώσαμε τη λεπτομερή σχεδίαση, θα χρησιμοποιήσουμε τα αποτελέσματα των λεπτομερών προσομοιώσεων για να προσαρμόσουμε τις παραμέτρους του αφηρημένου μοντέλου. Αυτό θα μας δώσει ένα μοντέλο που τρέχει γρήγορα ενώ θα παράγει αποτελέσματα που ταιριάζουν με τα αποτελέσματα μιας λεπτομερούς προσομοίωσης.

Ξεκινήσαμε τη διαδικασία ανάπτυξης με αφηρημένα μοντέλα στοιχείων. Τώρα που έχουμε λεπτομερή μοντέλα, θα θέλαμε να βεβαιωθούμε ότι αυτά τα αφηρημένα μοντέλα παράγουν παρόμοια αποτελέσματα.

Σχεδιασμός Ηλεκτρικού Δικτύου Αεροσκάφους με Σχεδιασμό βάσει Μοντέλων

Το πράσινο δείχνει τις αρχικές απαιτήσεις που λάβαμε. Θα θέλαμε τα αποτελέσματα από το αφηρημένο μοντέλο, που εμφανίζεται εδώ με μπλε, να είναι κοντά στα αποτελέσματα από τη λεπτομερή προσομοίωση του μοντέλου, που φαίνεται με κόκκινο.

Για να γίνει αυτό, θα ορίσουμε τις ενεργές και άεργες ισχύς για το αφηρημένο μοντέλο χρησιμοποιώντας το σήμα εισόδου. Αντί να χρησιμοποιούμε ξεχωριστές τιμές για ενεργό και άεργο ισχύ, θα δημιουργήσουμε ένα παραμετροποιημένο μοντέλο και θα προσαρμόσουμε αυτές τις παραμέτρους έτσι ώστε οι καμπύλες ενεργού και αέργου ισχύος από την προσομοίωση αφηρημένου μοντέλου να ταιριάζουν με το λεπτομερές μοντέλο.

Σχεδιασμός Ηλεκτρικού Δικτύου Αεροσκάφους με Σχεδιασμό βάσει Μοντέλων

Στη συνέχεια, θα δούμε πώς το αφηρημένο μοντέλο μπορεί να συντονιστεί ώστε να ταιριάζει με τα αποτελέσματα του λεπτομερούς μοντέλου.

Αυτό είναι το καθήκον μας. Έχουμε ένα αφηρημένο μοντέλο ενός εξαρτήματος σε ένα ηλεκτρικό δίκτυο. Όταν εφαρμόζουμε ένα τέτοιο σήμα ελέγχου σε αυτό, η έξοδος είναι το ακόλουθο αποτέλεσμα για ενεργή και άεργο ισχύ.

Σχεδιασμός Ηλεκτρικού Δικτύου Αεροσκάφους με Σχεδιασμό βάσει Μοντέλων

Όταν εφαρμόζουμε το ίδιο σήμα στην είσοδο ενός λεπτομερούς μοντέλου, έχουμε αποτελέσματα όπως αυτά.

Χρειαζόμαστε τα αποτελέσματα της προσομοίωσης του αφηρημένου και λεπτομερούς μοντέλου να είναι συνεπή, ώστε να μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε το αφηρημένο μοντέλο για γρήγορη επανάληψη στο μοντέλο συστήματος. Για να γίνει αυτό, θα προσαρμόσουμε αυτόματα τις παραμέτρους του αφηρημένου μοντέλου μέχρι να ταιριάζουν τα αποτελέσματα.

Για να γίνει αυτό, θα χρησιμοποιήσουμε το SDO, το οποίο μπορεί να αλλάξει αυτόματα τις παραμέτρους μέχρι να ταιριάζουν τα αποτελέσματα των αφηρημένων και λεπτομερών μοντέλων.

Για να διαμορφώσουμε αυτές τις ρυθμίσεις, θα ακολουθήσουμε τα παρακάτω βήματα.

  • Αρχικά, εισάγουμε τις εξόδους προσομοίωσης του λεπτομερούς μοντέλου και επιλέγουμε αυτά τα δεδομένα για εκτίμηση παραμέτρων.
  • Στη συνέχεια, θα καθορίσουμε ποιες παράμετροι πρέπει να διαμορφωθούν και θα ορίσουμε εύρη παραμέτρων.
  • Στη συνέχεια, θα αξιολογήσουμε τις παραμέτρους, με το SDO να προσαρμόζει τις παραμέτρους μέχρι να ταιριάζουν τα αποτελέσματα.
  • Τέλος, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε άλλα δεδομένα εισόδου για την επικύρωση των αποτελεσμάτων εκτίμησης παραμέτρων.

Μπορείτε να επιταχύνετε σημαντικά τη διαδικασία ανάπτυξης διανέμοντας προσομοιώσεις χρησιμοποιώντας παράλληλους υπολογιστές.

Σχεδιασμός Ηλεκτρικού Δικτύου Αεροσκάφους με Σχεδιασμό βάσει Μοντέλων

Μπορείτε να εκτελέσετε ξεχωριστές προσομοιώσεις σε διαφορετικούς πυρήνες ενός επεξεργαστή πολλαπλών πυρήνων ή σε συμπλέγματα υπολογιστών. Εάν έχετε μια εργασία που απαιτεί να εκτελέσετε πολλές προσομοιώσεις—για παράδειγμα, ανάλυση Monte Carlo, προσαρμογή παραμέτρων ή εκτέλεση πολλαπλών κύκλων πτήσης— μπορείτε να διανείμετε αυτές τις προσομοιώσεις εκτελώντας τις σε μια τοπική μηχανή πολλαπλών πυρήνων ή σύμπλεγμα υπολογιστών.

Σε πολλές περιπτώσεις, αυτό δεν θα είναι πιο δύσκολο από την αντικατάσταση του βρόχου for στο σενάριο με έναν παράλληλο βρόχο for, parfor. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε σημαντική επιτάχυνση στην εκτέλεση προσομοιώσεων.

Σχεδιασμός Ηλεκτρικού Δικτύου Αεροσκάφους με Σχεδιασμό βάσει Μοντέλων

Έχουμε ένα μοντέλο του ηλεκτρικού δικτύου ενός αεροσκάφους. Θα θέλαμε να δοκιμάσουμε αυτό το δίκτυο κάτω από ένα ευρύ φάσμα συνθηκών λειτουργίας - συμπεριλαμβανομένων των κύκλων πτήσης, των διακοπών και του καιρού. Θα χρησιμοποιήσουμε PCT για να επιταχύνουμε αυτές τις δοκιμές, MATLAB για να συντονίσουμε το μοντέλο για κάθε δοκιμή που θέλουμε να εκτελέσουμε. Στη συνέχεια θα διανείμουμε τις προσομοιώσεις σε διαφορετικούς πυρήνες του υπολογιστή μου. Θα δούμε ότι οι παράλληλες δοκιμές ολοκληρώνονται πολύ πιο γρήγορα από τις διαδοχικές.

Εδώ είναι τα βήματα που θα πρέπει να ακολουθήσουμε.

  • Αρχικά, θα δημιουργήσουμε μια ομάδα από διεργασίες εργαζομένων, ή τους λεγόμενους εργάτες MATLAB, χρησιμοποιώντας την εντολή parpool.
  • Στη συνέχεια, θα δημιουργήσουμε σύνολα παραμέτρων για κάθε δοκιμή που θέλουμε να εκτελέσουμε.
  • Θα εκτελέσουμε τις προσομοιώσεις πρώτα διαδοχικά, η μία μετά την άλλη.
  • Και μετά συγκρίνετε αυτό με την παράλληλη εκτέλεση προσομοιώσεων.

Σύμφωνα με τα αποτελέσματα, ο συνολικός χρόνος δοκιμής σε παράλληλη λειτουργία είναι περίπου 4 φορές μικρότερος από ό,τι στη διαδοχική λειτουργία. Είδαμε στα γραφήματα ότι η κατανάλωση ενέργειας είναι γενικά στο αναμενόμενο επίπεδο. Οι ορατές κορυφές σχετίζονται με διαφορετικές συνθήκες δικτύου όταν οι καταναλωτές είναι ενεργοποιημένοι και απενεργοποιημένοι.

Οι προσομοιώσεις περιλάμβαναν πολλές δοκιμές που μπορέσαμε να εκτελέσουμε γρήγορα διανέμοντας τις προσομοιώσεις σε διαφορετικούς πυρήνες υπολογιστών. Αυτό μας επέτρεψε να αξιολογήσουμε ένα πραγματικά ευρύ φάσμα συνθηκών πτήσης.

Τώρα που ολοκληρώσαμε αυτό το μέρος της διαδικασίας ανάπτυξης, θα δούμε πώς μπορούμε να αυτοματοποιήσουμε τη δημιουργία τεκμηρίωσης για κάθε βήμα, πώς μπορούμε να εκτελέσουμε αυτόματα δοκιμές και να τεκμηριώσουμε τα αποτελέσματα.

Ο σχεδιασμός του συστήματος είναι πάντα μια επαναληπτική διαδικασία. Κάνουμε μια αλλαγή σε ένα έργο, δοκιμάζουμε την αλλαγή, αξιολογούμε τα αποτελέσματα και, στη συνέχεια, κάνουμε μια νέα αλλαγή. Η διαδικασία τεκμηρίωσης των αποτελεσμάτων και του σκεπτικού για τις αλλαγές διαρκεί πολύ. Μπορείτε να αυτοματοποιήσετε αυτή τη διαδικασία χρησιμοποιώντας SLRG.

Χρησιμοποιώντας το SLRG, μπορείτε να αυτοματοποιήσετε την εκτέλεση των δοκιμών και στη συνέχεια να συλλέξετε τα αποτελέσματα αυτών των δοκιμών με τη μορφή αναφοράς. Η αναφορά μπορεί να περιλαμβάνει αξιολόγηση των αποτελεσμάτων των δοκιμών, στιγμιότυπα οθόνης μοντέλων και γραφημάτων, κώδικα C και MATLAB.

Θα ολοκληρώσω υπενθυμίζοντας τα βασικά σημεία αυτής της παρουσίασης.

  • Είδαμε πολλές ευκαιρίες να συντονίσουμε το μοντέλο για να βρούμε μια ισορροπία μεταξύ της πιστότητας του μοντέλου και της ταχύτητας προσομοίωσης — συμπεριλαμβανομένων των τρόπων προσομοίωσης και των επιπέδων αφαίρεσης του μοντέλου.
  • Είδαμε πώς μπορούμε να επιταχύνουμε τις προσομοιώσεις χρησιμοποιώντας αλγόριθμους βελτιστοποίησης και παράλληλους υπολογιστές.
  • Τέλος, είδαμε πώς μπορούμε να επιταχύνουμε τη διαδικασία ανάπτυξης αυτοματοποιώντας εργασίες προσομοίωσης και ανάλυσης στο MATLAB.

Συγγραφέας του υλικού — Mikhail Peselnik, μηχανικός Εκθέτης CITM.

Σύνδεσμος σε αυτό το διαδικτυακό σεμινάριο https://exponenta.ru/events/razrabotka-ehlektroseti-samoleta-s-ispolzovaniem-mop

Πηγή: www.habr.com

Προσθέστε ένα σχόλιο