תכנון רשת חשמל למטוסים באמצעות עיצוב מבוסס דגמים

פרסום זה מספק תמלול של הסמינר המקוון "פיתוח רשת חשמל למטוסים תוך שימוש בתכנון מבוסס דגמים". הוובינר נערך על ידי מיכאיל פסלניק, מהנדס מציג CITM.)

היום נלמד שאנחנו יכולים לכוון מודלים כדי להשיג את האיזון האופטימלי בין הנאמנות והדיוק של תוצאות הסימולציה לבין מהירות תהליך הסימולציה. זהו המפתח לשימוש יעיל בסימולציה ולוודא שרמת הפירוט במודל שלך מתאימה למשימה שאתה מתכוון לבצע.

נלמד גם:

• כיצד ניתן להאיץ סימולציות באמצעות אלגוריתמי אופטימיזציה ומחשוב מקביל;
• כיצד להפיץ סימולציות על פני מספר ליבות מחשב, להאיץ משימות כגון הערכת פרמטר ובחירת פרמטרים;
• כיצד להאיץ את הפיתוח על ידי אוטומציה של משימות סימולציה וניתוח באמצעות MATLAB;
• כיצד להשתמש בסקריפטים של MATLAB לניתוח הרמוני ולתעד את התוצאות של כל סוג של בדיקה באמצעות הפקת דוחות אוטומטית.

נתחיל בסקירה כללית של מודל רשת החשמל של המטוס. נדון מהן מטרות הסימולציה שלנו ונבחן את תהליך הפיתוח ששימש ליצירת המודל.

לאחר מכן נעבור את שלבי התהליך הזה, לרבות התכנון הראשוני – שם נבהיר את הדרישות. תכנון מפורט - בו נבחן את הרכיבים הבודדים של רשת החשמל, ולבסוף נשתמש בתוצאות הסימולציה של התכנון המפורט כדי להתאים את הפרמטרים של המודל המופשט. לבסוף, נבחן כיצד תוכל לתעד את התוצאות של כל השלבים הללו בדוחות.

הנה ייצוג סכמטי של המערכת שאנו מפתחים. מדובר בדגם חצי מטוס הכולל גנרטור, אפיק AC, עומסי AC שונים, יחידת שנאי-מיישר, אפיק DC עם עומסים שונים וסוללה.

מתגים משמשים לחיבור רכיבים לרשת החשמל. כאשר רכיבים נדלקים ונכבים במהלך הטיסה, תנאי החשמל עשויים להשתנות. אנחנו רוצים לנתח את החצי הזה של רשת החשמל של המטוס בתנאים משתנים אלה.

דגם שלם של מערכת חשמל במטוס חייב לכלול רכיבים נוספים. לא כללנו אותם במודל חצי מישור זה מכיוון שאנו רוצים רק לנתח את האינטראקציות בין הרכיבים הללו. זהו נוהג נפוץ בבניית מטוסים וספינות.

מטרות סימולציה:

• קבעו את דרישות החשמל לרכיבים השונים וכן את קווי החשמל המחברים ביניהם.
• ניתוח אינטראקציות מערכת בין רכיבים מדיסציפלינות הנדסיות שונות, כולל השפעות חשמליות, מכניות, הידראוליות ותרמיות.
• וברמה מפורטת יותר, בצע ניתוח הרמוני.
• נתח את איכות אספקת החשמל בתנאים משתנים והסתכל על מתחים וזרמים בצמתי רשת שונים.

קבוצה זו של יעדי סימולציה מוגשת בצורה הטובה ביותר על ידי שימוש במודלים בדרגות שונות של פירוט. נראה שככל שנעבור בתהליך הפיתוח, יהיה לנו מופשט ומודל מפורט.

כאשר אנו מסתכלים על תוצאות הסימולציה של גרסאות המודל השונות הללו, אנו רואים שהתוצאות של המודל ברמת המערכת והמודל המפורט זהות.

אם נסתכל מקרוב על תוצאות הסימולציה, נראה שגם למרות הדינמיקה הנגרמת על ידי החלפת התקני כוח בגרסה המפורטת של המודל שלנו, תוצאות הסימולציה הכוללות זהות.

זה מאפשר לנו לבצע איטרציות מהירות ברמת המערכת, כמו גם ניתוח מפורט של מערכת החשמל ברמה פרטנית. כך נוכל להשיג את המטרות שלנו ביעילות.

עכשיו בואו נדבר על הדגם איתו אנחנו עובדים. יצרנו מספר אפשרויות לכל רכיב ברשת החשמל. אנו נבחר באיזו גרסת רכיב להשתמש בהתאם לבעיה שאנו פותרים.

כאשר אנו בוחנים אפשרויות ייצור חשמל ברשת, אנו יכולים להחליף את מחולל הכונן המשולב במחולל מהירות משתנה מסוג cycloconvector או מחולל תדרים משולב DC. אנו יכולים להשתמש ברכיבי עומס מופשטים או מפורטים במעגל AC.

באופן דומה, עבור רשת DC, אנו יכולים להשתמש באפשרות מופשטת, מפורטת או רב תחומית הלוקחת בחשבון את ההשפעה של דיסציפלינות פיזיות אחרות כגון מכניקה, הידראוליקה והשפעות טמפרטורה.

פרטים נוספים על הדגם.

כאן אתה רואה את המחולל, רשת ההפצה והרכיבים ברשת. המודל מוגדר כיום להדמיה עם מודלים מופשטים של רכיבים. המפעיל מעוצב פשוט על ידי ציון ההספק הפעיל והתגובתי שהרכיב צורך.

אם אנו מגדירים את הדגם הזה לשימוש בגרסאות מפורטות של רכיבים, המפעיל כבר מעוצב כמכונה חשמלית. יש לנו מנוע סינכרוני מגנט קבוע, ממירים ומערכת אפיק ובקרת DC. אם נסתכל על יחידת השנאי-מיישר, אנו רואים שהיא מעוצבת באמצעות שנאים וגשרים אוניברסליים המשמשים באלקטרוניקה כוח.

אנחנו יכולים גם לבחור אפשרות מערכת (ב-TRU DC Loads -> Block Choices -> Multidomain) שלוקחת בחשבון השפעות הקשורות לתופעות פיזיות אחרות (ב-Fuel Pump). עבור משאבת הדלק, אנו רואים שיש לנו משאבה הידראולית, עומסים הידראוליים. עבור המחמם, אנו רואים שיקול של השפעות טמפרטורה המשפיעות על התנהגותו של אותו רכיב כאשר הטמפרטורה משתנה. הגנרטור שלנו מעוצב באמצעות מכונה סינכרונית ויש לנו מערכת בקרה להגדרת שדה המתח למכונה זו.

מחזורי טיסה נבחרים באמצעות משתנה MATLAB בשם Flight_Cycle_Num. וכאן אנו רואים נתונים מסביבת העבודה של MATLAB השולטת מתי רכיבי רשת חשמליים מסוימים נדלקים ומכבים. עלילה זו (Plot_FC) מוצגת עבור מחזור הטיסה הראשון כאשר רכיבים מופעלים או כבויים.

אם נכוון את הדגם לגרסת Tuned, נוכל להשתמש בסקריפט הזה (Test_APN_Model_SHORT) כדי להפעיל את המודל ולבדוק אותו בשלושה מחזורי טיסה שונים. מחזור הטיסה הראשון יוצא לדרך ואנו בוחנים את המערכת בתנאים שונים. לאחר מכן, אנו מגדירים באופן אוטומטי את המודל להפעיל מחזור טיסה שני ושלישי. עם השלמת בדיקות אלו, יש לנו דוח המציג את תוצאות שלושת הבדיקות הללו בהשוואה לריצות בדיקה קודמות. בדוח ניתן לראות צילומי מסך של הדגם, צילומי מסך של גרפים המציגים את המהירות, המתח וההספק המופק ביציאת הגנרטור, גרפי השוואה לבדיקות קודמות וכן תוצאות ניתוח איכות רשת החשמל.

מציאת פשרה בין נאמנות מודל ומהירות סימולציה היא המפתח לשימוש יעיל בסימולציה. ככל שאתה מוסיף פרטים נוספים למודל שלך, הזמן הנדרש לחישוב ולדמות את המודל גדל. חשוב להתאים את המודל לבעיה הספציפית שאתה פותר.

כאשר אנו מתעניינים בפרטים כמו איכות הספק, אנו מוסיפים אפקטים כמו מיתוג אלקטרונית כוח ועומסים מציאותיים. עם זאת, כאשר אנו מתעניינים בנושאים כמו ייצור או צריכה של אנרגיה על ידי רכיבים שונים ברשת החשמל, נשתמש בשיטת סימולציה מורכבת, בעומסים מופשטים ובמודלים של מתח ממוצע.

באמצעות מוצרי Mathworks, אתה יכול לבחור את רמת הפירוט המתאימה לבעיה שעל הפרק.

כדי לעצב בצורה יעילה, אנחנו צריכים גם מודלים מופשטים וגם מפורטים של רכיבים. כך משתלבות אפשרויות אלה בתהליך הפיתוח שלנו:

• ראשית, אנו מבהירים את הדרישות באמצעות גרסה מופשטת של המודל.
• לאחר מכן אנו משתמשים בדרישות המעודנות כדי לעצב את הרכיב לפרטי פרטים.
• אנו יכולים לשלב גרסה מופשטת ומפורטת של רכיב במודל שלנו, המאפשר אימות ושילוב של הרכיב עם מערכות מכניות ומערכות בקרה.
• לבסוף, נוכל להשתמש בתוצאות הסימולציה של המודל המפורט כדי לכוונן את הפרמטרים של המודל המופשט. זה ייתן לנו מודל שפועל במהירות ומפיק תוצאות מדויקות.

אתה יכול לראות ששתי האפשרויות הללו - מערכת ומודל מפורט - משלימות זו את זו. העבודה שאנו עושים עם המודל המופשט כדי להבהיר דרישות מפחיתה את מספר האיטרציות הנדרשות לתכנון מפורט. זה מאיץ את תהליך הפיתוח שלנו. תוצאות הסימולציה של המודל המפורט נותנות לנו מודל מופשט שרץ במהירות ומפיק תוצאות מדויקות. זה מאפשר לנו להשיג התאמה בין רמת הפירוט של המודל לבין המשימה שהסימולציה מבצעת.

חברות רבות ברחבי העולם משתמשות ב-MOS כדי לפתח מערכות מורכבות. איירבוס מפתחת מערכת ניהול דלק ל-A380 המבוססת על MOP. מערכת זו מכילה יותר מ-20 משאבות ויותר מ-40 שסתומים. אתה יכול לדמיין את מספר תרחישי הכישלון השונים שעלולים להתרחש. באמצעות סימולציה, הם יכולים להריץ למעלה ממאה אלף בדיקות בכל סוף שבוע. זה נותן להם ביטחון שללא קשר לתרחיש הכשל, מערכת הבקרה שלהם יכולה להתמודד עם זה.

כעת, לאחר שראינו סקירה כללית של המודל שלנו, ויעדי הסימולציה שלנו, נעבור על תהליך התכנון. נתחיל בשימוש במודל מופשט כדי להבהיר את דרישות המערכת. דרישות מעודנות אלו ישמשו עבור עיצוב מפורט.

נראה כיצד לשלב מסמכי דרישות בתהליך הפיתוח. יש לנו מסמך דרישות גדול המפרט את כל הדרישות למערכת שלנו. קשה מאוד להשוות את הדרישות עם הפרויקט בכללותו ולוודא שהפרויקט עומד בדרישות אלו.

באמצעות SLVNV, ניתן לקשר ישירות בין מסמכי דרישות לבין המודל ב-Simulink. ניתן ליצור קישורים ישירות מהמודל ישירות לדרישות. כך קל יותר לוודא שחלק מסוים במודל מתייחס לדרישה ספציפית ולהיפך. תקשורת זו היא דו כיוונית. אז אם אנחנו מסתכלים על דרישה, אנחנו יכולים לקפוץ במהירות למודל כדי לראות כיצד הדרישה הזו מתקיימת.

כעת, לאחר ששילבנו את מסמך הדרישות בתהליך העבודה, נחדד את הדרישות לרשת החשמל. באופן ספציפי, נבחן דרישות הפעלה, שיא ותכנון עומס עבור גנרטורים וקווי תמסורת. אנו נבדוק אותם על פני מגוון רחב של תנאי רשת. הָהֵן. במהלך מחזורי טיסה שונים, כאשר עומסים שונים מופעלים ומכבים. מכיוון שאנו מתמקדים רק בכוח, נזניח מיתוג באלקטרוניקה. לכן, נשתמש במודלים מופשטים ובשיטות סימולציה מפושטות. המשמעות היא שנכוונן את הדגם כך שייתעלם מפרטים שאין לנו צורך בהם. זה יגרום לסימולציה לרוץ מהר יותר ויאפשר לנו לבדוק תנאים במהלך מחזורי טיסה ארוכים.

יש לנו מקור זרם חילופין שעובר דרך שרשרת של התנגדויות, קיבולים ושראות. יש מתג במעגל שנפתח לאחר זמן מה ואז נסגר שוב. אם תפעיל את הסימולציה, תוכל לראות את התוצאות עם הפותר הרציף. (V1) ניתן לראות שהתנודות הקשורות לפתיחה ולסגירה של המתג מוצגות במדויק.

כעת נעבור למצב דיסקרטי. לחץ פעמיים על בלוק PowerGui ובחר בפותר הבודד בלשונית פותר. אתה יכול לראות שהפותר הדיסקרטי נבחר כעת. בואו נתחיל בסימולציה. תראה שהתוצאות עכשיו כמעט זהות, אבל הדיוק תלוי בקצב הדגימה שנבחר.

כעת אני יכול לבחור את מצב הסימולציה המורכב, להגדיר את התדירות - מאחר שהפתרון מתקבל רק בתדר מסוים - ולהפעיל את הסימולציה שוב. תראה שרק אמפליטודות האות מוצגות. על ידי לחיצה על הבלוק הזה, אני יכול להריץ סקריפט MATLAB שיריץ את המודל ברצף בכל שלושת מצבי הסימולציה וישרטט את העלילות המתקבלות זו על גבי זו. אם נסתכל מקרוב על זרם ומתח, נראה שהתוצאות הבדידות קרובות לרציפות, אך חופפות לחלוטין. אם מסתכלים על הזרם, אפשר לראות שיש שיא שלא צוין במצב הדיסקרטי של הסימולציה. ואנחנו רואים שהמצב המורכב מאפשר לראות רק את המשרעת. אם תסתכל על שלב הפותר, תוכל לראות שהפותר המורכב דרש רק 56 שלבים, בעוד שהפותרים האחרים דרשו עוד שלבים רבים כדי להשלים את הסימולציה. זה אפשר למצב הסימולציה המורכב לרוץ הרבה יותר מהר ממצבים אחרים.

בנוסף לבחירת מצב סימולציה מתאים, אנו זקוקים למודלים ברמת פירוט מתאימה. כדי להבהיר את דרישות ההספק של רכיבים ברשת חשמלית, נשתמש במודלים מופשטים ליישום כללי. בלוק Dynamic Load מאפשר לנו לציין את ההספק הפעיל והתגובתי שרכיב צורך או מייצר ברשת.

נגדיר מודל אבסטרקטי ראשוני להספק תגובתי ואקטיבי על סמך סט דרישות ראשוני. נשתמש בבלוק המקור האידיאלי כמקור. זה יאפשר לך להגדיר את המתח ברשת, ותוכל להשתמש בזה כדי לקבוע את הפרמטרים של הגנרטור, ולהבין כמה כוח הוא צריך להפיק.

לאחר מכן, תראה כיצד להשתמש בסימולציה כדי לחדד את דרישות ההספק עבור גנרטור וקווי תמסורת.

יש לנו סט דרישות ראשוני הכולל את דירוג ההספק ומקדם ההספק עבור הרכיבים ברשת. יש לנו גם מגוון תנאים שבהם הרשת הזו יכולה לפעול. אנו רוצים לחדד את הדרישות הראשוניות הללו על ידי בדיקה במגוון רחב של תנאים. אנו נעשה זאת על ידי כוונון המודל לשימוש בעומסים ומקורות מופשטים ובדיקת הדרישות במגוון רחב של תנאי הפעלה.

אנו נגדיר את המודל כך שישתמש במודלים מופשטים של עומס וגנרטור, ונראה את הכוח שנוצר ונצרך במגוון רחב של תנאי הפעלה.

עכשיו נעבור ל עיצוב מפורט. נשתמש בדרישות המעודנות כדי לפרט את העיצוב, ונשלב את הרכיבים המפורטים הללו עם מודל המערכת כדי לזהות בעיות אינטגרציה.

כיום קיימות מספר אפשרויות להפקת חשמל במטוס. בדרך כלל הגנרטור מונע על ידי תקשורת עם טורבינת גז. הטורבינה מסתובבת בתדר משתנה. אם הרשת חייבת להיות בעלת תדר קבוע, אזי נדרשת המרה ממהירות פיר טורבינה משתנה לתדר קבוע ברשת. זה יכול להיעשות על ידי שימוש בכונן משולב במהירות קבועה במעלה הזרם של הגנרטור, או על ידי שימוש באלקטרוניקה כוח להמרת AC בתדר משתנה לתדר קבוע AC. ישנן גם מערכות עם תדר צף, בהן התדר ברשת יכול להשתנות ומתרחשת המרת אנרגיה בעומסים ברשת.

כל אחת מהאפשרויות הללו דורשת גנרטור ואלקטרוניקה כוח להמרת האנרגיה.

יש לנו טורבינת גז שמסתובבת במהירות משתנה. טורבינה זו משמשת לסיבוב ציר הגנרטור, אשר מייצר זרם חילופין בתדר משתנה. ניתן להשתמש באפשרויות אלקטרוניות כוח שונות כדי להמיר תדר משתנה זה לתדר קבוע. ברצוננו להעריך את האפשרויות השונות הללו. ניתן לעשות זאת באמצעות SPS.

אנו יכולים לדגמן כל אחת מהמערכות הללו ולהריץ סימולציות בתנאים שונים כדי להעריך איזו אפשרות היא הטובה ביותר עבור המערכת שלנו. בואו נעבור לדגם ונראה איך זה נעשה.

הנה הדגם איתו אנו עובדים. המהירות המשתנה מפיר טורבינת הגז מועברת לגנרטור. והממיר הציקלו משמש לייצור זרם חילופין בתדר קבוע. אם תפעיל את הסימולציה, תראה איך המודל מתנהג. הגרף העליון מציג את המהירות המשתנה של טורבינת גז. אתה רואה שהתדר משתנה. האות הצהוב הזה בגרף השני הוא המתח מאחד הפאזות במוצא הגנרטור. זרם חילופין בתדר קבוע זה נוצר ממהירות משתנה באמצעות אלקטרוניקת כוח.

בואו נסתכל כיצד מתוארים עומסי AC. שלנו מחובר למנורה, משאבה הידראולית ומפעיל. רכיבים אלה מעוצבים באמצעות בלוקים מ-SPS.

כל אחד מהבלוקים הללו ב-SPS כולל הגדרות תצורה כדי לאפשר לך להתאים לתצורות רכיבים שונות ולהתאים את רמת הפירוט בדגם שלך.

הגדרנו את הדגמים כך שיריצו גרסה מפורטת של כל רכיב. אז יש לנו כוח רב לדגמן עומסי AC ועל ידי הדמיית רכיבים מפורטים במצב דיסקרטי נוכל לראות הרבה יותר פרטים על מה שקורה ברשת החשמל שלנו.

אחת המשימות שנבצע עם הגרסה המפורטת של המודל היא ניתוח איכות האנרגיה החשמלית.

כאשר עומס מוכנס למערכת, הוא עלול לגרום לעיוות צורת גל במקור המתח. זהו סינוסאיד אידיאלי, ואות כזה יהיה במוצא הגנרטור אם העומסים קבועים. עם זאת, ככל שמספר הרכיבים שניתן להפעיל ולכבות גדל, צורת הגל הזו עלולה להתעוות ולגרום לחריגות יתר קטנות כל כך.

קוצים אלה בצורת הגל במקור המתח עלולים לגרום לבעיות. זה יכול להוביל להתחממות יתר של הגנרטור בגלל מיתוג באלקטרוניקת הכוח, זה יכול ליצור זרמים ניטרליים גדולים, וגם לגרום למיתוג מיותר באלקטרוניקת הכוח בגלל הם לא מצפים להקפצה הזו באות.

עיוות הרמוני מציע מדד לאיכות הספק החשמלי AC. חשוב למדוד יחס זה בתנאי רשת משתנים מכיוון שהאיכות תשתנה בהתאם לאיזה רכיב מופעל ומכבה. קל למדידה של יחס זה באמצעות כלי MathWorks וניתן להפוך אותו לאוטומטי לבדיקה במגוון רחב של תנאים.

למידע נוסף על THD בכתובת ויקיפדיה.

בהמשך נראה כיצד לבצע ניתוח איכות חשמל באמצעות סימולציה.

יש לנו דגם של רשת חשמל של מטוס. עקב עומסים שונים ברשת, צורת גל המתח במוצא הגנרטור מעוותת. זה מוביל להידרדרות באיכות המזון. עומסים אלו מנותקים ומובאים לאינטרנט בזמנים שונים במהלך מחזור הטיסה.

אנו רוצים להעריך את איכות החשמל של רשת זו בתנאים שונים. לשם כך נשתמש ב- SPS ו- MATLAB כדי לחשב אוטומטית את ה-THD. אנו יכולים לחשב את היחס באופן אינטראקטיבי באמצעות GUI או להשתמש בסקריפט MATLAB לאוטומציה.

בוא נחזור למודל כדי להראות לך זאת עם דוגמה. דגם רשת החשמל של המטוסים שלנו מורכב מגנרטור, אפיק AC, עומסי AC ומיישר שנאי ועומסי DC. אנו רוצים למדוד את איכות החשמל בנקודות שונות ברשת בתנאים שונים. כדי להתחיל, אני אראה לך איך לעשות זאת באופן אינטראקטיבי רק עבור המחולל. אז אני אראה לך איך להפוך את התהליך הזה לאוטומטי באמצעות MATLAB. תחילה נריץ סימולציה לאיסוף הנתונים הנדרשים לחישוב ה-THD.

גרף זה (Gen1_Vab) מציג את המתח בין שלבי הגנרטור. כפי שאתה יכול לראות, זה לא גל סינוס מושלם. המשמעות היא שאיכות החשמל של הרשת מושפעת מהרכיבים ברשת. לאחר השלמת הסימולציה, נשתמש ב-Fast Fourier Transform כדי לחשב את ה-THD. נפתח את בלוק powergui ונפתח את כלי הניתוח FFT. אתה יכול לראות שהכלי נטען אוטומטית עם הנתונים שרשמתי במהלך הסימולציה. נבחר את חלון ה-FFT, נציין את התדר והטווח, ונציג את התוצאות. ניתן לראות שמקדם העיוות ההרמוני הוא 2.8%. כאן תוכלו לראות את התרומה של ההרמוניות השונות. ראית איך אתה יכול לחשב מקדם עיוות הרמוני באופן אינטראקטיבי. אבל נרצה להפוך את התהליך הזה לאוטומטי על מנת לחשב את המקדם בתנאים שונים ובנקודות שונות ברשת.

כעת נבחן את האפשרויות הזמינות למידול עומסי DC.

אנו יכולים לדגמן עומסי חשמל טהורים וכן עומסים רב תחומיים המכילים אלמנטים מתחומי הנדסה שונים, כגון השפעות חשמל ותרמיות, חשמל, מכאני והידראולי.

מעגל DC שלנו כולל שנאי-מיישר, מנורות, דוד, משאבת דלק וסוללה. מודלים מפורטים יכולים לקחת בחשבון השפעות מאזורים אחרים, למשל, דגם מחמם לוקח בחשבון שינויים בהתנהגות החלק החשמלי כשינויי טמפרטורה. משאבת הדלק לוקחת בחשבון השפעות מאזורים אחרים כדי לראות גם את השפעתן על התנהגות הרכיב. אני אחזור לדגם כדי להראות לך איך הוא נראה.

זה המודל איתו אנחנו עובדים. כפי שאתה יכול לראות, כעת המיישר-שנאי ורשת DC הם חשמליים בלבד, כלומר. רק השפעות מתחום החשמל נלקחות בחשבון. יש להם מודלים חשמליים מפושטים של הרכיבים ברשת זו. אנו יכולים לבחור גרסה של מערכת זו (TRU DC Loads -> Multidomain) שלוקחת בחשבון השפעות מתחומי הנדסה אחרים. רואים שברשת יש לנו את אותם רכיבים, אבל במקום מספר הדגמים החשמליים, הוספנו אפקטים נוספים - למשל, עבור ההיטר, רשת פיזית לטמפרטורה שלוקחת בחשבון את השפעת הטמפרטורה על ההתנהגות. במשאבה אנו לוקחים כעת בחשבון את ההשפעות ההידראוליות של המשאבות ועומסים אחרים במערכת.

הרכיבים שאתה רואה במודל מורכבים מגושי ספריית Simscape. ישנם בלוקים לחשבונאות לדיסציפלינות חשמליות, הידראוליות, מגנטיות ואחרות. באמצעות בלוקים אלו, ניתן ליצור מודלים שאנו מכנים מולטי-תחומיים, כלומר. תוך התחשבות בהשפעות מדיסציפלינות פיזיות והנדסיות שונות.

ניתן לשלב אפקטים מאזורים אחרים במודל רשת החשמל.

ספריית הבלוקים של Simscape כוללת בלוקים להדמיית אפקטים מתחומים אחרים, כגון הידראוליקה או טמפרטורה. על ידי שימוש ברכיבים אלה, תוכל ליצור עומסי רשת מציאותיים יותר ולאחר מכן להגדיר בצורה מדויקת יותר את התנאים שבהם רכיבים אלה יכולים לפעול.

על ידי שילוב אלמנטים אלה, תוכל ליצור רכיבים מורכבים יותר, כמו גם ליצור דיסציפלינות או אזורים מותאמים אישית חדשים באמצעות שפת Simscape.

רכיבים מתקדמים יותר והגדרות פרמטריזציה זמינים בהרחבות מיוחדות של Simscape. רכיבים מורכבים ומפורטים יותר זמינים בספריות אלה, תוך התחשבות בהשפעות כגון אובדן יעילות והשפעות טמפרטורה. ניתן גם לדגמן מערכות תלת מימד ורב-גוף באמצעות SimMechanics.

כעת, לאחר שהשלמנו את התכנון המפורט, נשתמש בתוצאות ההדמיות המפורטות כדי להתאים את הפרמטרים של המודל המופשט. זה ייתן לנו מודל שרץ מהר ועדיין מייצר תוצאות התואמות לתוצאות של סימולציה מפורטת.

התחלנו את תהליך הפיתוח עם מודלים מופשטים של רכיבים. כעת, כשיש לנו מודלים מפורטים, ברצוננו לוודא שהמודלים המופשטים הללו מניבים תוצאות דומות.

ירוק מציג את הדרישות הראשוניות שקיבלנו. נרצה שהתוצאות מהמודל המופשט, המוצג כאן בכחול, יהיו קרובות לתוצאות מהדמיית המודל המפורטת, המוצגות באדום.

לשם כך, נגדיר את ההספקים הפעילים והתגובתיים עבור המודל המופשט באמצעות אות הכניסה. במקום להשתמש בערכים נפרדים להספק פעיל ותגובתי, ניצור מודל בעל פרמטרים ונתאים את הפרמטרים הללו כך שעקומות ההספק הפעיל והתגובתי מהדמיית המודל המופשט יתאימו למודל המפורט.

לאחר מכן, נראה כיצד ניתן לכוון את המודל המופשט כך שיתאים לתוצאות של המודל המפורט.

זו המשימה שלנו. יש לנו מודל מופשט של רכיב ברשת חשמל. כאשר אנו מפעילים עליו אות בקרה כזה, הפלט הוא התוצאה הבאה עבור הספק פעיל ותגובתי.

כאשר אנו מפעילים את אותו אות לכניסה של מודל מפורט, אנו מקבלים תוצאות כמו אלה.

אנחנו צריכים שתוצאות הסימולציה של המודל המופשט והמפורט יהיו עקביות כדי שנוכל להשתמש במודל המופשט כדי לחזור על מודל המערכת במהירות. לשם כך, נתאים אוטומטית את הפרמטרים של המודל המופשט עד להתאמה של התוצאות.

לשם כך נשתמש ב-SDO, שיכול לשנות פרמטרים אוטומטית עד להתאמה בין התוצאות של המודלים המופשטים והמפורטים.

כדי להגדיר הגדרות אלה, נבצע את השלבים הבאים.

• ראשית, אנו מייבאים את פלטי הסימולציה של המודל המפורט ובוחרים נתונים אלה להערכת פרמטרים.
• לאחר מכן נציין אילו פרמטרים יש להגדיר ונקבע טווחי פרמטרים.
• לאחר מכן, נעריך את הפרמטרים, כאשר SDO מתאים את הפרמטרים עד להתאמה של התוצאות.
• לבסוף, אנו יכולים להשתמש בנתוני קלט אחרים כדי לאמת את תוצאות הערכת הפרמטרים.

ניתן להאיץ משמעותית את תהליך הפיתוח על ידי הפצת סימולציות באמצעות מחשוב מקביל.

ניתן להריץ סימולציות נפרדות על ליבות שונות של מעבד מרובה ליבות או על אשכולות מחשוב. אם יש לך משימה שדורשת ממך להריץ סימולציות מרובות - לדוגמה, ניתוח מונטה קרלו, התאמת פרמטרים או הפעלת מספר מחזורי טיסה - תוכל להפיץ סימולציות אלה על ידי הפעלתן על מכונה מרובת ליבות מקומית או אשכול מחשבים.

במקרים רבים, זה לא יהיה קשה יותר מהחלפת לולאת for בסקריפט עם מקביל ללולאה, parfor. זה יכול להוביל להאצה משמעותית בהפעלת סימולציות.

יש לנו דגם של רשת חשמל של מטוס. ברצוננו לבדוק את הרשת הזו במגוון רחב של תנאי תפעול - כולל מחזורי טיסה, שיבושים ומזג אוויר. אנו נשתמש ב- PCT כדי להאיץ את הבדיקות הללו, MATLAB כדי לכוון את המודל לכל מבחן שנרצה להריץ. לאחר מכן נפיץ את הסימולציות על פני ליבות שונות של המחשב שלי. נראה שמבחנים מקבילים מסתיימים הרבה יותר מהר מבדיקות עוקבות.

להלן השלבים שנצטרך לבצע.

• ראשית, ניצור מאגר של תהליכי עובד, או מה שנקרא עובדי MATLAB, באמצעות פקודת parpool.
• לאחר מכן, ניצור ערכות פרמטרים עבור כל בדיקה שנרצה להפעיל.
• נריץ את הסימולציות תחילה ברצף, בזו אחר זו.
• ואז השווה את זה להרצת סימולציות במקביל.

על פי התוצאות, זמן הבדיקה הכולל במצב מקביל הוא בערך פי 4 פחות מאשר במצב רציף. ראינו בגרפים שצריכת החשמל היא בדרך כלל ברמה הצפויה. הפסגות הנראות קשורות לתנאי רשת שונים כאשר הצרכנים מופעלים ומכבים.

ההדמיות כללו בדיקות רבות שהצלחנו להריץ במהירות על ידי הפצת הסימולציות על פני ליבות מחשב שונות. זה איפשר לנו להעריך מגוון רחב באמת של תנאי טיסה.

כעת, לאחר שסיימנו את החלק הזה של תהליך הפיתוח, נראה כיצד נוכל להפוך את יצירת התיעוד לכל שלב לאוטומטי, כיצד נוכל להריץ בדיקות באופן אוטומטי ולתעד את התוצאות.

עיצוב מערכת הוא תמיד תהליך איטרטיבי. אנו מבצעים שינוי בפרויקט, בודקים את השינוי, מעריכים את התוצאות, ואז מבצעים שינוי חדש. תהליך תיעוד התוצאות והרציונל לשינויים אורך זמן רב. אתה יכול להפוך תהליך זה לאוטומטי באמצעות SLRG.

באמצעות SLRG, אתה יכול להפוך את ביצוע הבדיקות לאוטומטיות ולאחר מכן לאסוף את תוצאות הבדיקות הללו בצורה של דוח. הדוח עשוי לכלול הערכת תוצאות הבדיקה, צילומי מסך של מודלים וגרפים, קוד C ו-MATLAB.

אסיים בכך שאזכור את נקודות המפתח של מצגת זו.

• ראינו הזדמנויות רבות לכוונן את המודל כדי למצוא איזון בין נאמנות המודל ומהירות הסימולציה - כולל מצבי סימולציה ורמות הפשטה של ​​המודל.
• ראינו כיצד אנו יכולים להאיץ סימולציות באמצעות אלגוריתמי אופטימיזציה ומחשוב מקביל.
• לבסוף, ראינו כיצד אנו יכולים להאיץ את תהליך הפיתוח על ידי אוטומציה של משימות סימולציה וניתוח ב-MATLAB.

מחבר החומר — מיכאיל פסלניק, מהנדס מציג CITM.

קישור לסמינר מקוון זה https://exponenta.ru/events/razrabotka-ehlektroseti-samoleta-s-ispolzovaniem-mop

מקור: www.habr.com