Ez a kiadvány a webinárium átiratát tartalmazza . A webináriumot Mikhail Peselnik mérnök vezette .)
Ma megtanuljuk, hogy a modelleket úgy hangolhatjuk, hogy optimális egyensúlyt érjünk el a szimulációs eredmények hűsége és pontossága, valamint a szimulációs folyamat sebessége között. Ez a kulcs a szimuláció hatékony használatához, és annak biztosításához, hogy a modell részletezettsége megfeleljen az elvégzendő feladatnak.
Megtanuljuk továbbá:
- Hogyan gyorsíthatja fel a szimulációkat optimalizálási algoritmusok és párhuzamos számítások használatával;
- A szimulációk elosztása több számítógépmag között, felgyorsítva az olyan feladatokat, mint a paraméterbecslés és a paraméterek kiválasztása;
- Hogyan lehet felgyorsítani a fejlesztést a szimulációs és elemzési feladatok automatizálásával MATLAB segítségével;
- Hogyan lehet MATLAB szkripteket használni harmonikus elemzéshez, és dokumentálni bármilyen típusú teszt eredményét automatikus jelentéskészítéssel.
Kezdjük a repülőgép elektromos hálózati modelljének áttekintésével. Megbeszéljük, mik a szimulációs céljaink, és megnézzük a modell létrehozásához használt fejlesztési folyamatot.
Ezután végigmegyünk ennek a folyamatnak a szakaszain, beleértve a kezdeti tervezést is – ahol tisztázzuk a követelményeket. Részletes tervezés - ahol megvizsgáljuk az elektromos hálózat egyes elemeit, végül a részletes tervezés szimulációs eredményeit használjuk az absztrakt modell paramétereinek beállításához. Végül megvizsgáljuk, hogyan dokumentálhatja ezen lépések eredményeit jelentésekben.
Íme a fejlesztés alatt álló rendszer sematikus ábrázolása. Ez egy félrepülőgép, amely tartalmaz egy generátort, egy AC buszt, különféle AC terheléseket, egy transzformátor-egyenirányító egységet, egy különböző terhelésű DC buszt és egy akkumulátort.
A kapcsolók az alkatrészek elektromos hálózathoz való csatlakoztatására szolgálnak. Mivel az alkatrészek repülés közben be- és kikapcsolnak, az elektromos feltételek megváltozhatnak. Szeretnénk elemezni a repülőgép elektromos hálózatának ezt a felét ilyen változó körülmények között.
A repülőgép elektromos rendszerének teljes modelljének más alkatrészeket is tartalmaznia kell. Ebbe a félsíkmodellbe nem építettük be őket, mert csak az összetevők közötti kölcsönhatásokat akarjuk elemezni. Ez bevett gyakorlat a repülőgép- és hajógyártásban.
Szimulációs célok:
- Határozza meg a különböző alkatrészek elektromos követelményeit, valamint az őket összekötő tápvezetékeket.
- Elemezze a rendszerkölcsönhatásokat a különböző mérnöki tudományágakból származó alkatrészek között, beleértve az elektromos, mechanikai, hidraulikus és hőhatásokat.
- És részletesebb szinten végezzen harmonikus elemzést.
- Elemezze az áramellátás minőségét változó körülmények között, és nézze meg a feszültségeket és áramokat a különböző hálózati csomópontokban.
Ezt a szimulációs célkészletet a legmegfelelőbb a különböző részletességű modellek használata szolgálja. Látni fogjuk, hogy ahogy haladunk a fejlesztési folyamaton, lesz egy absztrakt és egy részletes modellünk.
Ha megnézzük a különböző modellváltozatok szimulációs eredményeit, azt látjuk, hogy a rendszerszintű modell és a részletes modell eredményei megegyeznek.
Ha közelebbről megvizsgáljuk a szimulációs eredményeket, akkor azt látjuk, hogy a modellünk részletes változatában az erősáramú eszközök kapcsolása okozta dinamika ellenére is a szimulációs eredmények összességében ugyanazok.
Ez lehetővé teszi számunkra, hogy gyors iterációkat hajtsunk végre rendszerszinten, valamint az elektromos rendszer részletes elemzését granulált szinten. Így eredményesen tudjuk elérni céljainkat.
Most beszéljünk a modellről, amellyel dolgozunk. Az elektromos hálózat minden alkatrészéhez több lehetőséget hoztunk létre. A megoldandó probléma függvényében választjuk ki, hogy melyik alkatrészváltozatot használjuk.
Amikor a hálózati áramtermelési lehetőségeket vizsgáljuk, az integrált hajtásgenerátort lecserélhetjük ciklokonvektor típusú változtatható fordulatszámú generátorra vagy DC csatolású frekvenciagenerátorra. A váltakozó áramú áramkörben absztrakt vagy részletes terhelési komponenseket használhatunk.
Hasonlóképpen egy egyenáramú hálózathoz használhatunk egy absztrakt, részletes vagy multidiszciplináris lehetőséget, amely figyelembe veszi más fizikai tudományágak, például a mechanika, a hidraulika és a hőmérsékleti hatások hatását.
További részletek a modellről.
Itt látható a generátor, az elosztóhálózat és a hálózat összetevői. A modell jelenleg absztrakt komponens modellekkel történő szimulációra van beállítva. Az aktuátor modellezése egyszerűen az alkatrész által fogyasztott aktív és meddő teljesítmény megadásával történik.
Ha ezt a modellt részletes alkatrészváltozatok használatára konfiguráljuk, akkor az aktuátor már elektromos gépként van modellezve. Permanens mágneses szinkronmotorral, átalakítókkal, egyenáramú busszal és vezérlőrendszerrel rendelkezünk. Ha megnézzük a transzformátor-egyenirányító egységet, azt látjuk, hogy a teljesítményelektronikában használt transzformátorok és univerzális hidak segítségével modellezték.
Választhatunk olyan rendszeropciót is (a TRU DC Loads -> Block Choices -> Multidomain oldalon), amely figyelembe veszi az egyéb fizikai jelenségekhez kapcsolódó hatásokat (az üzemanyagszivattyúban). Az üzemanyag-szivattyúnál azt látjuk, hogy van hidraulikus szivattyúnk, hidraulikus terhelések. A fűtőberendezésnél figyelembe kell venni azokat a hőmérsékleti hatásokat, amelyek befolyásolják az adott komponens viselkedését a hőmérséklet változása során. Generátorunkat szinkrongéppel modelleztük, és van egy vezérlőrendszerünk a gép feszültségmezőjének beállítására.
A repülési ciklusokat a Flight_Cycle_Num nevű MATLAB-változó segítségével lehet kiválasztani. És itt látunk adatokat a MATLAB munkaterületről, amely szabályozza, hogy bizonyos elektromos hálózati összetevők mikor kapcsolnak be és ki. Ez a diagram (Plot_FC) az első repülési ciklust mutatja, amikor a komponenseket be- vagy kikapcsolják.
Ha a modellt a Tuned verzióra hangoljuk, akkor ezzel a szkripttel (Test_APN_Model_SHORT) futtathatjuk a modellt, és három különböző repülési ciklusban tesztelhetjük. Az első repülési ciklus folyamatban van, és különböző körülmények között teszteljük a rendszert. Ezután automatikusan beállítjuk a modellt egy második és egy harmadik repülési ciklus futtatására. A tesztek befejezése után van egy jelentésünk, amely bemutatja e három teszt eredményeit a korábbi tesztfutásokhoz képest. A riportban láthatók a modell képernyőképei, a generátor kimenetén a sebességet, feszültséget és generált teljesítményt mutató grafikonok képernyőképei, összehasonlító grafikonok a korábbi tesztekkel, valamint az elektromos hálózat minőségi elemzésének eredményei.
A modellhűség és a szimulációs sebesség közötti kompromisszum megtalálása kulcsfontosságú a szimuláció hatékony használatához. Ahogy több részletet ad hozzá a modellhez, a modell kiszámításához és szimulációjához szükséges idő növekszik. Fontos, hogy a modellt a megoldandó konkrét problémához igazítsa.
Amikor olyan részletekre vagyunk kíváncsiak, mint például az energiaminőség, olyan effektusokat adunk hozzá, mint a teljesítményelektronika kapcsolása és a valósághű terhelések. Ha azonban olyan kérdésekre vagyunk kíváncsiak, mint például az elektromos hálózat különböző összetevőinek energiatermelése vagy -fogyasztása, akkor összetett szimulációs módszert, absztrakt terheléseket és átlagolt feszültségmodelleket alkalmazunk.
A Mathworks termékek segítségével kiválaszthatja a megfelelő részletezési szintet az adott problémához.
A hatékony tervezéshez a komponensek elvont és részletes modelljeire is szükségünk van. Ezek a lehetőségek hogyan illeszkednek a fejlesztési folyamatunkba:
- Először is tisztázzuk a követelményeket a modell absztrakt változatával.
- Ezután a finomított követelményeket felhasználva az alkatrészt részletesen megtervezzük.
- Modellünkben kombinálhatjuk egy alkatrész absztrakt és részletes változatát, lehetővé téve az alkatrész ellenőrzését és kombinálását mechanikus rendszerekkel és vezérlőrendszerekkel.
- Végül a részletes modell szimulációs eredményeit felhasználhatjuk az absztrakt modell paramétereinek hangolására. Ezzel olyan modellt kapunk, amely gyorsan fut és pontos eredményeket produkál.
Látható, hogy ez a két lehetőség – a rendszer és a részletes modell – kiegészíti egymást. Az absztrakt modellel végzett munka a követelmények tisztázása érdekében csökkenti a részletes tervezéshez szükséges iterációk számát. Ez felgyorsítja a fejlesztési folyamatunkat. A részletes modell szimulációs eredményei egy absztrakt modellt adnak, amely gyorsan fut és pontos eredményeket ad. Ez lehetővé teszi, hogy egyezést érjünk el a modell részletezettsége és a szimuláció által elvégzett feladat között.
Világszerte sok cég használja a MOS-t komplex rendszerek fejlesztésére. Az Airbus MOP alapú üzemanyag-kezelő rendszert fejleszt az A380-ashoz. Ez a rendszer több mint 20 szivattyút és több mint 40 szelepet tartalmaz. Elképzelheti, hogy hány különböző meghibásodási forgatókönyv fordulhat elő. Szimuláció segítségével hétvégenként több mint százezer tesztet futtathatnak le. Ez bizalmat ad nekik abban, hogy a meghibásodási forgatókönyvtől függetlenül a vezérlőrendszerük képes kezelni azt.
Most, hogy láttuk a modellünk és szimulációs céljaink áttekintését, végigmegyünk a tervezési folyamaton. Kezdjük egy absztrakt modell használatával, hogy tisztázzuk a rendszerkövetelményeket. Ezeket a finomított követelményeket fogják használni a részletes tervezéshez.
Meglátjuk, hogyan lehet a követelménydokumentumokat integrálni a fejlesztési folyamatba. Van egy nagy követelménydokumentumunk, amely felvázolja a rendszerünkre vonatkozó összes követelményt. Nagyon nehéz összehasonlítani a követelményeket a projekt egészével, és meggyőződni arról, hogy a projekt megfelel ezeknek a követelményeknek.
Az SLVNV használatával közvetlenül összekapcsolhatja a követelmények dokumentumait és a modellt a Simulinkben. Közvetlenül a modellből hozhat létre hivatkozásokat közvetlenül a követelményekhez. Ez megkönnyíti annak ellenőrzését, hogy a modell egy bizonyos része egy adott követelményhez kapcsolódik, és fordítva. Ez a kommunikáció kétirányú. Tehát ha egy követelményt vizsgálunk, gyorsan ugorhatunk egy modellre, hogy megnézzük, hogyan teljesül ez a követelmény.
Most, hogy a követelménydokumentumot integráltuk a munkafolyamatba, finomítani fogjuk az elektromos hálózatra vonatkozó követelményeket. Konkrétan megvizsgáljuk a generátorok és távvezetékek üzemi, csúcsterhelési és tervezési terhelési követelményeit. A hálózati feltételek széles skáláján teszteljük őket. Azok. különböző repülési ciklusok során, amikor különböző terheléseket kapcsolnak be és ki. Mivel csak a teljesítményre koncentrálunk, a teljesítményelektronikában elhanyagoljuk a kapcsolást. Ezért absztrakt modelleket és egyszerűsített szimulációs módszereket fogunk használni. Ez azt jelenti, hogy úgy hangoljuk a modellt, hogy figyelmen kívül hagyjuk azokat a részleteket, amelyekre nincs szükségünk. Ez gyorsabbá teszi a szimulációt, és lehetővé teszi számunkra, hogy teszteljük a körülményeket hosszú repülési ciklusok során.
Van egy váltakozó áramforrásunk, amely ellenállások, kapacitások és induktivitások láncán halad át. Az áramkörben van egy kapcsoló, amely egy idő után nyit, majd ismét zár. Ha lefuttatja a szimulációt, akkor a folyamatos megoldóval láthatja az eredményeket. (V1) Látható, hogy a kapcsoló nyitásához és zárásához kapcsolódó rezgések pontosan megjelennek.
Most váltsunk diszkrét módra. Kattintson duplán a PowerGui blokkra, és válassza ki a diszkrét megoldót a Solver lapon. Láthatja, hogy most a diszkrét megoldó van kiválasztva. Kezdjük a szimulációt. Látni fogja, hogy az eredmények most majdnem ugyanazok, de a pontosság a kiválasztott mintavételi gyakoriságtól függ.
Most már kiválaszthatom a komplex szimulációs módot, beállíthatom a frekvenciát - mivel a megoldást csak egy bizonyos frekvencián kapjuk meg - és újra lefuttathatom a szimulációt. Látni fogja, hogy csak a jel amplitúdói jelennek meg. Erre a blokkra kattintva egy MATLAB szkriptet futtathatok, amely mindhárom szimulációs módban szekvenciálisan futtatja a modellt, és egymásra helyezi az így kapott diagramokat. Ha közelebbről megvizsgáljuk az áramot és a feszültséget, azt látjuk, hogy a diszkrét eredmények közel állnak a folytonosokhoz, de teljesen egybeesnek. Ha megnézi az áramerősséget, láthatja, hogy van egy csúcs, amelyet a szimuláció diszkrét üzemmódjában nem vettünk észre. És azt látjuk, hogy a komplex mód csak az amplitúdó megtekintését teszi lehetővé. Ha megnézzük a megoldó lépést, láthatjuk, hogy a komplex megoldónak mindössze 56 lépésre volt szüksége, míg a többi megoldónak sokkal több lépésre volt szüksége a szimuláció befejezéséhez. Ez lehetővé tette, hogy a komplex szimulációs mód sokkal gyorsabban működjön, mint más módok.
A megfelelő szimulációs mód megválasztása mellett szükségünk van a megfelelő részletességű modellekre. Az elektromos hálózatban lévő alkatrészek teljesítményigényének tisztázására általános alkalmazású absztrakt modelleket használunk. A Dynamic Load blokk lehetővé teszi, hogy meghatározzuk az aktív és meddő teljesítményt, amelyet egy komponens fogyaszt vagy termel a hálózatban.
A kezdeti követelményrendszer alapján meghatározunk egy kezdeti absztrakt modellt a meddő és aktív teljesítményre. Forrásként az Ideális forrásblokkot fogjuk használni. Ez lehetővé teszi a hálózat feszültségének beállítását, és ennek segítségével meghatározhatja a generátor paramétereit, és megértheti, hogy mekkora teljesítményt kell termelnie.
Ezután megtudhatja, hogyan használhatja a szimulációt a generátor és az átviteli vonalak teljesítményigényének finomításához.
Van egy kezdeti követelménykészletünk, amely magában foglalja a hálózati összetevők névleges teljesítményét és teljesítménytényezőjét. Számos olyan körülmény áll rendelkezésünkre, amelyek között ez a hálózat működhet. Ezeket a kezdeti követelményeket kívánjuk finomítani azáltal, hogy számos körülmény között tesztelünk. Ezt úgy fogjuk megtenni, hogy a modellt absztrakt terhelések és források használatára hangoljuk, és teszteljük a követelményeket a működési feltételek széles körében.
A modellt úgy konfiguráljuk, hogy absztrakt terhelési és generátormodelleket használjon, és megtekintsük a termelt és fogyasztott energiát számos működési körülmény között.
Most továbblépünk részletes tervezés. A finomított követelményeket felhasználjuk a tervezés részletezésére, és ezeket a részletes összetevőket kombináljuk a rendszermodellel, hogy felismerjük az integrációs problémákat.
Manapság több lehetőség áll rendelkezésre a repülőgépen történő villamosenergia-termelésre. A generátort jellemzően egy gázturbinával való kommunikáció hajtja. A turbina változó frekvencián forog. Ha a hálózatnak fix frekvenciával kell rendelkeznie, akkor változtatható turbinatengely-fordulatszámról állandó frekvenciára kell átváltani a hálózatban. Ez megtehető egy integrált állandó fordulatszámú hajtás használatával a generátor előtt, vagy teljesítményelektronikával a változó frekvenciájú váltóáram állandó frekvenciájú váltóárammá alakítására. Léteznek lebegő frekvenciájú rendszerek is, ahol a hálózatban a frekvencia változhat, és a hálózatban lévő terheléseknél energiaátalakítás történik.
Ezen opciók mindegyikéhez generátorra és teljesítményelektronikára van szükség az energia átalakításához.
Van egy változó sebességgel forgó gázturbinánk. Ez a turbina a generátor tengelyének forgatására szolgál, amely változó frekvenciájú váltakozó áramot állít elő. Különféle teljesítményelektronikai opciók használhatók ennek a változó frekvenciának fix frekvenciává alakítására. Szeretnénk értékelni ezeket a különböző lehetőségeket. Ezt az SPS segítségével lehet megtenni.
Mindegyik rendszert modellezhetjük, és szimulációkat futtathatunk különböző feltételek mellett, hogy kiértékeljük, melyik lehetőség a legjobb rendszerünk számára. Váltsunk a modellre, és nézzük meg, hogyan történik ez.
Íme a modell, amellyel dolgozunk. A változó fordulatszám a gázturbina tengelyéről a generátorra kerül. A ciklokonvertert pedig rögzített frekvenciájú váltakozó áram előállítására használják. Ha futtatja a szimulációt, látni fogja, hogyan viselkedik a modell. A felső grafikon egy gázturbina változó fordulatszámát mutatja. Látod, hogy a frekvencia változik. Ez a sárga jel a második grafikonon a generátor kimenetén lévő egyik fázis feszültsége. Ezt a fix frekvenciájú váltakozó áramot változó fordulatszámból állítják elő teljesítményelektronika segítségével.
Nézzük meg, hogyan írják le az AC terheléseket. A miénk lámpához, hidraulikus szivattyúhoz és működtetőhöz van kötve. Ezeket az alkatrészeket az SPS blokkjaival modellezték.
Az SPS ezen blokkjai mindegyike tartalmaz konfigurációs beállításokat, amelyek lehetővé teszik a különböző komponenskonfigurációk elhelyezését és a modell részletezettségének beállítását.
A modelleket úgy konfiguráltuk, hogy az egyes összetevők részletes verzióját fussanak. Így sok erőnk van a váltakozó áramú terhelések modellezésére, és a részletes alkatrészek diszkrét módban történő szimulálásával sokkal részletesebben láthatjuk, mi történik elektromos hálózatunkban.
Az egyik feladat, amelyet a modell részletes változatával végzünk, a villamos energia minőségének elemzése.
Ha terhelés kerül a rendszerbe, az hullámforma torzulást okozhat a feszültségforrásnál. Ez egy ideális szinuszos, és ilyen jel lesz a generátor kimenetén, ha a terhelések állandóak. A be- és kikapcsolható komponensek számának növekedésével azonban ez a hullámforma torzulhat, és ilyen kis túllövéseket eredményezhet.
A feszültségforrás hullámformájának ezek a kiugrásai problémákat okozhatnak. Ez a teljesítményelektronika kapcsolása miatt a generátor túlmelegedéséhez vezethet, nagy semleges áramok keletkezhetnek, és a teljesítményelektronikában is szükségtelen kapcsolásokat okozhat, mert nem számítanak erre a pattanásra a jelben.
A harmonikus torzítás méri a váltakozó áramú elektromos áram minőségét. Fontos ennek az aránynak a mérése változó hálózati feltételek mellett, mert a minőség attól függően változik, hogy melyik komponens van be- és kikapcsolva. Ez az arány a MathWorks eszközeivel könnyen mérhető, és számos körülmény között automatizálható.
Tudjon meg többet a THD-ről: .
A továbbiakban meglátjuk, hogyan kell végrehajtani áramminőség-elemzés szimuláció segítségével.
Rendelkezünk egy repülőgép elektromos hálózatának modelljével. A hálózat különböző terhelései miatt a generátor kimenetén a feszültség hullámalakja torz. Ez az élelmiszerek minőségének romlásához vezet. Ezeket a terheléseket a repülési ciklus során különböző időpontokban leválasztják és online kapcsolják.
Szeretnénk értékelni ennek a hálózatnak az energiaminőségét különböző feltételek mellett. Ehhez az SPS-t és a MATLAB-ot fogjuk használni a THD automatikus kiszámításához. Kiszámíthatjuk az arányt interaktívan egy grafikus felhasználói felület segítségével, vagy használhatunk MATLAB szkriptet az automatizáláshoz.
Térjünk vissza a modellhez, hogy ezt egy példán keresztül megmutassuk. Repülőgép elektromos hálózati modellünk generátorból, váltóáramú buszból, váltóáramú terhelésekből, valamint transzformátor-egyenirányítóból és egyenáramú terhelésekből áll. Az áramminőséget a hálózat különböző pontjain, eltérő körülmények között szeretnénk mérni. Kezdésként megmutatom, hogyan kell ezt interaktívan megtenni csak a generátor számára. Ezután megmutatom, hogyan automatizálhatja ezt a folyamatot a MATLAB segítségével. Először egy szimulációt fogunk futtatni, hogy összegyűjtsük a THD kiszámításához szükséges adatokat.
Ez a grafikon (Gen1_Vab) a generátor fázisai közötti feszültséget mutatja. Amint látja, ez nem tökéletes szinuszhullám. Ez azt jelenti, hogy a hálózat energiaminőségét a hálózaton lévő összetevők befolyásolják. A szimuláció befejezése után a gyors Fourier-transzformációt fogjuk használni a THD kiszámításához. Megnyitjuk a powergui blokkot, és megnyitjuk az FFT elemző eszközt. Látható, hogy az eszköz automatikusan betöltődik azokkal az adatokkal, amelyeket a szimuláció során rögzítettem. Kiválasztjuk az FFT ablakot, megadjuk a frekvenciát és a tartományt, és megjelenítjük az eredményeket. Látható, hogy a harmonikus torzítási tényező 2.8%. Itt láthatja a különböző harmonikusok hozzájárulását. Látta, hogyan lehet interaktívan kiszámítani a harmonikus torzítási együtthatót. De szeretnénk automatizálni ezt a folyamatot, hogy az együtthatót különböző feltételek mellett és a hálózat különböző pontjain számítsuk ki.
Most megvizsgáljuk az egyenáramú terhelések modellezésére rendelkezésre álló lehetőségeket.
Modellezhetünk tisztán elektromos terheléseket, valamint multidiszciplináris terheléseket, amelyek különböző mérnöki területek elemeit tartalmazzák, mint például elektromos és hőhatások, elektromos, mechanikai és hidraulikus.
Egyenáramú áramkörünk egy transzformátor-egyenirányítót, lámpákat, fűtőtestet, üzemanyag-szivattyút és akkumulátort tartalmaz. A részletes modellek figyelembe vehetik más területek hatásait is, például egy fűtőtest modell az elektromos rész viselkedésében bekövetkező változásokat veszi figyelembe a hőmérséklet változásaként. Az üzemanyag-szivattyú figyelembe veszi a más területek hatásait is, hogy lássa azok hatását az alkatrész viselkedésére. Visszatérek a modellhez, hogy megmutassam, hogyan néz ki.
Ezzel a modellel dolgozunk. Mint látható, most a transzformátor-egyenirányító és az egyenáramú hálózat tisztán elektromos, pl. csak az elektromos tartományból származó hatásokat veszik figyelembe. Egyszerűsített elektromos modelljeik vannak a hálózatban lévő alkatrészekről. Választhatunk ennek a rendszernek egy olyan változatát (TRU DC Loads -> Multidomain), amely figyelembe veszi más mérnöki területek hatásait. Látható, hogy a hálózatban ugyanazok az összetevők vannak, de az elektromos modellek száma helyett más effektusokat adtunk hozzá - például a hiter számára egy hőmérsékleti fizikai hálózatot, amely figyelembe veszi a hőmérséklet hatását a viselkedésre. A szivattyúnál most figyelembe vesszük a szivattyúk hidraulikus hatásait és a rendszer egyéb terheléseit.
A modellben látható komponensek Simscape könyvtárblokkokból vannak összeállítva. Vannak blokkok az elektromos, hidraulikus, mágneses és egyéb tudományágak elszámolására. Ezekkel a blokkokkal olyan modelleket hozhat létre, amelyeket multidiszciplinárisnak nevezünk, azaz. figyelembe véve a különböző fizikai és mérnöki tudományágak hatásait.
Más területekről származó hatások beépíthetők az elektromos hálózati modellbe.
A Simscape blokkkönyvtár olyan blokkokat tartalmaz, amelyek más tartományokból, például hidraulikából vagy hőmérsékletből származó hatásokat szimulálnak. Ezen összetevők használatával valósághűbb hálózati terheléseket hozhat létre, majd pontosabban meghatározhatja azokat a feltételeket, amelyek mellett ezek az összetevők működhetnek.
Ezen elemek kombinálásával összetettebb összetevőket hozhat létre, valamint új egyéni tudományágakat vagy területeket hozhat létre a Simscape nyelv használatával.
A speciális Simscape-bővítményekben fejlettebb összetevők és paraméterezési beállítások érhetők el. Ezekben a könyvtárakban összetettebb és részletesebb komponensek állnak rendelkezésre, figyelembe véve az olyan hatásokat, mint a hatékonysági veszteségek és a hőmérsékleti hatások. A SimMechanics segítségével XNUMXD és többtestű rendszereket is modellezhet.
Most, hogy elkészült a részletes tervezés, a részletes szimulációk eredményeit felhasználjuk az absztrakt modell paramétereinek beállítására. Ezzel egy olyan modellt kapunk, amely gyorsan fut, miközben a részletes szimuláció eredményeivel megegyező eredményeket produkál.
A fejlesztési folyamatot absztrakt komponens modellekkel kezdtük. Most, hogy részletes modelljeink vannak, szeretnénk megbizonyosodni arról, hogy ezek az absztrakt modellek hasonló eredményeket produkálnak.
A zöld jelzi a kezdeti követelményeket, amelyeket kaptunk. Szeretnénk, ha az absztrakt modellből származó, itt kékkel ábrázolt eredmények közel állnának a részletes modellszimuláció piros színnel ábrázolt eredményeihez.
Ehhez a bemeneti jel segítségével meghatározzuk az absztrakt modell aktív és meddő teljesítményét. Ahelyett, hogy az aktív és meddő teljesítmény külön értékét használnánk, egy paraméterezett modellt készítünk, és ezeket a paramétereket úgy állítjuk be, hogy az absztrakt modell szimulációból származó aktív és meddő teljesítmény görbéi illeszkedjenek a részletes modellhez.
Ezután meglátjuk, hogyan hangolható az absztrakt modell a részletes modell eredményeihez.
Ez a mi feladatunk. Van egy absztrakt modellünk egy elektromos hálózat egy alkatrészéről. Ha ilyen vezérlőjelet adunk rá, a kimenet a következő eredményt kapja aktív és meddő teljesítményre.
Ha ugyanazt a jelet alkalmazzuk egy részletes modell bemenetére, ilyen eredményeket kapunk.
Szükségünk van arra, hogy az absztrakt és részletes modell szimulációs eredményei konzisztensek legyenek, hogy az absztrakt modell segítségével gyorsan iterálhassunk a rendszermodellben. Ehhez automatikusan módosítjuk az absztrakt modell paramétereit, amíg az eredmények meg nem egyeznek.
Ehhez az SDO-t fogjuk használni, amely automatikusan módosítani tudja a paramétereket, amíg az absztrakt és a részletes modellek eredményei megegyeznek.
A beállítások konfigurálásához a következő lépéseket követjük.
- Először importáljuk a részletes modell szimulációs kimeneteit, és kiválasztjuk ezeket az adatokat a paraméterbecsléshez.
- Ezután megadjuk, hogy mely paramétereket kell konfigurálni, és beállítjuk a paramétertartományokat.
- Ezután értékeljük a paramétereket, és az SDO addig módosítja a paramétereket, amíg az eredmények megegyeznek.
- Végül más bemeneti adatokat is felhasználhatunk a paraméterbecslési eredmények érvényesítésére.
Jelentősen felgyorsíthatja a fejlesztési folyamatot, ha szimulációkat oszt el párhuzamos számítással.
Külön szimulációkat futtathat egy többmagos processzor különböző magjain vagy számítási fürtökön. Ha több szimuláció futtatását igénylő feladat – például Monte Carlo-elemzés, paraméterillesztés vagy több repülési ciklus futtatása – megoszthatja ezeket a szimulációkat úgy, hogy egy helyi többmagos gépen vagy számítógépfürtön futtatja őket.
Sok esetben ez nem lesz nehezebb, mint a for ciklust a szkriptben egy párhuzamos for ciklusra, parforra cserélni. Ez a szimulációk futtatásának jelentős felgyorsulásához vezethet.
Rendelkezünk egy repülőgép elektromos hálózatának modelljével. Szeretnénk tesztelni ezt a hálózatot sokféle működési körülmény között – beleértve a repülési ciklusokat, zavarokat és időjárást. PCT-t fogunk használni ezeknek a teszteknek a felgyorsítására, a MATLAB-ot pedig a modell hangolására minden egyes futtatni kívánt teszthez. Ezután szétosztjuk a szimulációkat a számítógépem különböző magjai között. Látni fogjuk, hogy a párhuzamos tesztek sokkal gyorsabban fejeződnek be, mint a szekvenciálisak.
Itt vannak azok a lépések, amelyeket követnünk kell.
- Először is létrehozunk egy munkafolyamat-készletet, vagy úgynevezett MATLAB-munkásokat, a parpool paranccsal.
- Ezután paraméterkészleteket generálunk minden egyes futtatni kívánt teszthez.
- A szimulációkat először egymás után, egymás után futjuk le.
- És akkor hasonlítsa össze ezt a szimulációk párhuzamos futtatásával.
Az eredmények szerint a teljes tesztelési idő párhuzamos üzemmódban körülbelül 4-szer kevesebb, mint szekvenciális módban. A grafikonokon azt láttuk, hogy az energiafogyasztás általában az elvárt szinten van. A látható csúcsok a fogyasztók be- és kikapcsolásakor jelentkező különböző hálózati állapotokhoz kapcsolódnak.
A szimulációk számos tesztet tartalmaztak, amelyeket gyorsan le tudtunk futtatni a szimulációk számítógép különböző magjai között történő elosztásával. Ez lehetővé tette számunkra, hogy a repülési körülmények valóban széles skáláját értékeljük.
Most, hogy befejeztük a fejlesztési folyamat ezen részét, meglátjuk, hogyan automatizálhatjuk az egyes lépésekhez tartozó dokumentációk létrehozását, hogyan tudunk automatikusan teszteket futtatni és az eredményeket dokumentálni.
A rendszertervezés mindig iteratív folyamat. Változtatást végzünk egy projekten, teszteljük a változtatást, értékeljük az eredményeket, majd új változtatást hajtunk végre. Az eredmények és a változtatások indoklásának dokumentálása hosszú időt vesz igénybe. Ezt a folyamatot az SLRG segítségével automatizálhatja.
Az SLRG használatával automatizálhatja a tesztek végrehajtását, majd a tesztek eredményeit jelentés formájában összegyűjtheti. A jelentés tartalmazhatja a teszteredmények értékelését, a modellek képernyőképeit és a grafikonokat, valamint a C és MATLAB kódot.
Befejezésül felidézem ennek az előadásnak a legfontosabb pontjait.
- Számos lehetőséget láttunk a modell hangolására, hogy megtaláljuk az egyensúlyt a modellhűség és a szimulációs sebesség között – beleértve a szimulációs módokat és a modell absztrakciós szintjeit.
- Láttuk, hogyan gyorsíthatjuk fel a szimulációkat optimalizáló algoritmusok és párhuzamos számítások segítségével.
- Végül láttuk, hogyan gyorsíthatjuk fel a fejlesztési folyamatot a szimulációs és elemzési feladatok automatizálásával MATLAB-ban.
Az anyag szerzője — Mikhail Peselnik, mérnök .
Link ehhez a webináriumhoz
Forrás: will.com