モデルベヌス デザむンを䜿甚した航空機電気ネットワヌクの蚭蚈

この出版物はりェビナヌの転写を提䟛したす 「モデルベヌス蚭蚈を甚いた航空機電気ネットワヌクの開発」。 りェビナヌぱンゞニアのミハむル・ペセルニク氏によっお実斜されたした。 CITM出展者.)

今日は、モデルを調敎しお、シミュレヌション結果の忠実性ず粟床、およびシミュレヌション プロセスの速床ずの間の最適なバランスを達成できるこずを孊びたす。 これは、シミュレヌションを効果的に䜿甚し、実行する予定のタスクにモデルの詳现レベルが適切であるこずを確認するための鍵です。

モデルベヌス デザむンを䜿甚した航空機電気ネットワヌクの蚭蚈

たた、次のこずも孊びたす。

  • 最適化アルゎリズムず䞊列コンピュヌティングを䜿甚しおシミュレヌションを高速化する方法。
  • シミュレヌションを耇数のコンピュヌタヌ コアに分散しお、パラメヌタヌの掚定やパラメヌタヌの遞択などのタスクを高速化する方法。
  • MATLAB を䜿甚しおシミュレヌションず解析タスクを自動化しお開発をスピヌドアップする方法。
  • MATLAB スクリプトを䜿甚しお高調波解析を行い、自動レポヌト生成を䜿甚しおあらゆる皮類のテストの結果を文曞化する方法。

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たず、航空機の電気ネットワヌク モデルの抂芁から始めたす。 シミュレヌションの目暙に぀いお説明し、モデルの䜜成に䜿甚された開発プロセスを芋おいきたす。

その埌、初期蚭蚈を含むこのプロセスの段階を経お、芁件を明確にしたす。 詳现蚭蚈 - 電気ネットワヌクの個々のコンポヌネントを確認し、最埌に詳现蚭蚈のシミュレヌション結果を䜿甚しお抜象モデルのパラメヌタを調敎したす。 最埌に、これらすべおのステップの結果をレポヌトに文曞化する方法を芋おいきたす。

これは私たちが開発しおいるシステムの抂略図です。 これは、発電機、AC バス、さたざたな AC 負荷、倉圧敎流噚ナニット、さたざたな負荷を備えた DC バス、およびバッテリヌを含む半飛行機モデルです。

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スむッチは、コンポヌネントを電気ネットワヌクに接続するために䜿甚されたす。 飛行䞭にコンポヌネントがオンたたはオフになるず、電気状態が倉化する可胜性がありたす。 私たちは、これらの倉化する条件䞋で航空機の電力網のこの半分を分析したいず考えおいたす。

航空機電気システムの完党なモデルには、他のコンポヌネントが含たれおいる必芁がありたす。 これらのコンポヌネント間の盞互䜜甚のみを分析したいため、この半平面モデルにはこれらを含めおいたせん。 これは航空機や造船では䞀般的な方法です。

シミュレヌションの目的:

  • さたざたなコンポヌネントずそれらを接続する電力線の電気芁件を決定したす。
  • 電気、機械、油圧、熱の圱響など、さたざたな工孊分野のコンポヌネント間のシステム盞互䜜甚を分析したす。
  • さらに詳现なレベルで高調波解析を実行したす。
  • 倉化する条件䞋での電源の品質を分析し、さたざたなネットワヌク ノヌドの電圧ず電流を調べたす。

この䞀連のシミュレヌション目暙は、さたざたな詳现床のモデルを䜿甚するこずで最適に実珟されたす。 開発プロセスを進めおいくず、抜象モデルず詳现モデルができるこずがわかりたす。

これらのさたざたなモデル バリアントのシミュレヌション結果を芋るず、システム レベル モデルず詳现モデルの結果が同じであるこずがわかりたす。
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シミュレヌション結果を詳しく芋るず、モデルの詳现バヌゞョンではパワヌ デバむスのスむッチングによっおダむナミクスが発生しおいるにもかかわらず、党䜓的なシミュレヌション結果は同じであるこずがわかりたす。

これにより、システム レベルでの迅速な反埩を実行できるだけでなく、電気システムの詳现な分析を粒床レベルで実行できるようになりたす。 このようにしお、効果的に目暙を達成するこずができたす。

ここで、私たちが取り組んでいるモデルに぀いお話したしょう。 電気ネットワヌクのコンポヌネントごずにいく぀かのオプションを䜜成したした。 解決しおいる問題に応じお、どのコンポヌネントのバリアントを䜿甚するかを遞択したす。

グリッド発電のオプションを怜蚎する堎合、統合駆動発電機をサむクロ察流匏可倉速発電機たたは DC 結合呚波数発電機に眮き換えるこずができたす。 AC 回路では抜象的たたは詳现な負荷コンポヌネントを䜿甚できたす。

同様に、DC ネットワヌクの堎合、力孊、氎力孊、枩床効果などの他の物理分野の圱響を考慮した、抜象的、詳现、たたは孊際的なオプションを䜿甚できたす。

モデルの詳现。

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ここには、発電機、配電ネットワヌク、およびネットワヌク内のコンポヌネントが衚瀺されたす。 モデルは珟圚、抜象コンポヌネント モデルを䜿甚したシミュレヌション甚にセットアップされおいたす。 アクチュ゚ヌタは、コンポヌネントが消費する有効電力ず無効電力を指定するだけでモデル化されたす。

詳现なコンポヌネント バリアントを䜿甚するようにこのモデルを構成するず、アクチュ゚ヌタはすでに電気機械ずしおモデル化されおいたす。 氞久磁石同期モヌタヌ、コンバヌタヌ、DCバス、制埡システムを取り揃えおおりたす。 倉圧噚敎流噚ナニットを芋るず、パワヌ ゚レクトロニクスで䜿甚される倉圧噚ずナニバヌサル ブリッゞを䜿甚しおモデル化されおいるこずがわかりたす。

たた、他の物理珟象 (燃料ポンプ内) に関連する圱響を考慮したシステム オプション (TRU DC 負荷 -> ブロック遞択 -> マルチドメむン) を遞択するこずもできたす。 燃料ポンプに぀いおは、油圧ポンプ、油圧負荷があるこずがわかりたす。 ヒヌタヌに぀いおは、枩床の倉化に応じおそのコンポヌネントの動䜜に圱響を䞎える枩床の圱響が考慮されおいたす。 私たちの発電機は同期マシンを䜿甚しおモデル化されおおり、このマシンの電圧フィヌルドを蚭定する制埡システムがありたす。

飛行サむクルは、Flight_Cycle_Num ずいう名前の MATLAB 倉数を䜿甚しお遞択されたす。 ここでは、特定の電気ネットワヌク コンポヌネントのオンずオフを制埡する MATLAB ワヌクスペヌスからのデヌタが衚瀺されたす。 このプロット (Plot_FC) は、コンポヌネントがオンたたはオフになるずきの最初の飛行サむクルを瀺しおいたす。

モデルを Tuned バヌゞョンに調敎する堎合、このスクリプト (Test_APN_Model_SHORT) を䜿甚しおモデルを実行し、XNUMX ぀の異なる飛行サむクルでテストできたす。 最初の飛行サむクルが進行䞭であり、さたざたな条件䞋でシステムをテストしおいたす。 次に、XNUMX 番目ず XNUMX 番目の飛行サむクルを実行するようにモデルを自動的に構成したす。 これらのテストが完了するず、これら XNUMX ぀のテストの結果を以前のテスト実行ず比范しお瀺すレポヌトが䜜成されたす。 レポヌトでは、モデルのスクリヌンショット、発電機出力での速床、電圧、生成電力を瀺すグラフのスクリヌンショット、以前のテストずの比范グラフ、電気ネットワヌクの品質の分析結果を確認できたす。

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モデルの忠実性ずシミュレヌション速床の間のトレヌドオフを芋぀けるこずが、シミュレヌションを効果的に䜿甚するための鍵ずなりたす。 モデルに詳现を远加するず、モデルの蚈算ずシミュレヌションに必芁な時間が増加したす。 解決しようずしおいる特定の問題に合わせおモデルをカスタマむズするこずが重芁です。

電力品質などの詳现に関心がある堎合は、パワヌ ゚レクトロニクスのスむッチングや珟実的な負荷などの゚フェクトを远加したす。 ただし、電力網内のさたざたなコンポヌネントによる゚ネルギヌの生成や消費などの問題に関心がある堎合は、耇雑なシミュレヌション手法、抜象的な負荷、平均電圧モデルを䜿甚したす。

Mathworks 補品を䜿甚するず、圓面の問題に察しお適切な詳现レベルを遞択できたす。

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効果的に蚭蚈するには、コンポヌネントの抜象モデルず詳现モデルの䞡方が必芁です。 これらのオプションが開発プロセスにどのように適合するかは次のずおりです。

  • たず、モデルの抜象バヌゞョンを䜿甚しお芁件を明確にしたす。
  • 次に、掗緎された芁件を䜿甚しおコンポヌネントを詳现に蚭蚈したす。
  • モデル内のコンポヌネントの抜象バヌゞョンず詳现バヌゞョンを組み合わせお、コンポヌネントを怜蚌したり、機械システムや制埡システムず組み合わせたりするこずができたす。
  • 最埌に、詳现モデルのシミュレヌション結果を䜿甚しお、抜象モデルのパラメヌタヌを調敎できたす。 これにより、モデルが迅速に実行され、正確な結果が埗られたす。

これら XNUMX ぀のオプション (システムず詳现モデル) が盞互に補完しおいるこずがわかりたす。 芁件を明確にするために抜象モデルを䜿甚しお行う䜜業により、詳现な蚭蚈に必芁な反埩回数が削枛されたす。 これにより、開発プロセスがスピヌドアップしたす。 詳现モデルのシミュレヌション結果から、迅速に実行され、正確な結果を生成する抜象モデルが埗られたす。 これにより、モデルの詳现レベルずシミュレヌションが実行しおいるタスクを䞀臎させるこずができたす。

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䞖界䞭の倚くの䌁業が MOS を䜿甚しお耇雑なシステムを開発しおいたす。 ゚アバスは、MOP に基づいお A380 甚の燃料管理システムを開発しおいたす。 このシステムには 20 台以䞊のポンプず 40 台以䞊のバルブが含たれおいたす。 発生する可胜性のあるさたざたな障害シナリオの数は想像できたす。 シミュレヌションを䜿甚するず、毎週末 XNUMX 䞇を超えるテストを実行できたす。 これにより、障害シナリオに関係なく、制埡システムがそれに察凊できるずいう自信が埗られたす。

モデルの抂芁ずシミュレヌションの目暙を確認したので、蚭蚈プロセスを順に芋おいきたす。 たず、抜象モデルを䜿甚しおシステム芁件を明確にしたす。 これらの掗緎された芁件は詳现蚭蚈に䜿甚されたす。

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芁件ドキュメントを開発プロセスに統合する方法を芋おいきたす。 圓瀟には、システムのすべおの芁件の抂芁を蚘茉した倧芏暡な芁件文曞がありたす。 芁件をプロゞェクト党䜓ず比范し、プロゞェクトがこれらの芁件を満たしおいるこずを確認するこずは非垞に困難です。

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SLVNV を䜿甚するず、芁件ドキュメントず Simulink のモデルを盎接リンクできたす。 モデルから芁件ぞのリンクを盎接䜜成できたす。 これにより、モデルの特定の郚分が特定の芁件に関連しおいるこず、たたはその逆の怜蚌が容易になりたす。 このコミュニケヌションは双方向です。 したがっお、芁件を怜蚎しおいる堎合は、モデルにすぐにゞャンプしお、その芁件がどのように満たされるかを確認できたす。

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芁件ドキュメントをワヌクフロヌに統合したので、電気ネットワヌクの芁件を調敎したす。 具䜓的には、発電機ず送電線の動䜜負荷、ピヌク負荷、蚭蚈負荷の芁件を怜蚎したす。 幅広いグリッド条件でテストしたす。 それらの。 異なる飛行サむクル䞭、異なる負荷がオンたたはオフになるずき。 ここでは電力のみに焊点を圓おおいるため、パワヌ ゚レクトロニクスにおけるスむッチングは無芖したす。 したがっお、抜象モデルず簡略化されたシミュレヌション手法を䜿甚したす。 これは、必芁のない詳现を無芖するようにモデルを調敎するこずを意味したす。 これにより、シミュレヌションの実行が高速になり、長い飛行サむクル䞭に条件をテストできるようになりたす。

抵抗、容量、むンダクタンスの連鎖を通過する亀流電源がありたす。 回路にはスむッチがあり、しばらくしおから開き、再び閉じたす。 シミュレヌションを実行するず、連続゜ルバヌで結果を確認できたす。 (V1) スむッチの開閉に䌎う振動が正確に衚瀺されおいるこずがわかりたす。

次に、離散モヌドに切り替えおみたしょう。 PowerGui ブロックをダブルクリックし、[゜ルバヌ] タブで離散゜ルバヌを遞択したす。 離散゜ルバヌが遞択されおいるこずがわかりたす。 シミュレヌションを始めたしょう。 結果はほが同じですが、粟床は遞択したサンプル レヌトに䟝存するこずがわかりたす。

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これで、耇雑なシミュレヌション モヌドを遞択し、呚波数を蚭定しお (解は特定の呚波数でのみ埗られるため)、シミュレヌションを再床実行できるようになりたした。 信号振幅のみが衚瀺されおいるこずがわかりたす。 このブロックをクリックするず、56 ぀のシミュレヌション モヌドすべおでモデルを順次実行し、結果のプロットを重ねおプロットする MATLAB スクリプトを実行できたす。 電流ず電圧を詳しく芋るず、離散的な結果は連続的な結果に近いですが、完党に䞀臎しおいるこずがわかりたす。 電流を芋るず、シミュレヌションの離散モヌドでは芳察されなかったピヌクがあるこずがわかりたす。 たた、耇玠数モヌドでは振幅のみが衚瀺されるこずがわかりたす。 ゜ルバヌ ステップを芋るず、耇雑な゜ルバヌは XNUMX ステップしか必芁ずしたせんでしたが、他の゜ルバヌはシミュレヌションを完了するためにさらに倚くのステップを必芁ずしたこずがわかりたす。 これにより、耇雑なシミュレヌション モヌドを他のモヌドよりもはるかに高速に実行できるようになりたした。

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適切なシミュレヌション モヌドを遞択するこずに加えお、適切な詳现レベルのモデルが必芁です。 電気ネットワヌク内のコンポヌネントの電力芁件を明確にするために、䞀般的なアプリケヌションの抜象モデルを䜿甚したす。 Dynamic Load ブロックを䜿甚するず、ネットワヌク内でコンポヌネントが消費たたは生成する有効電力ず無効電力を指定できたす。

初期の䞀連の芁件に基づいお、無効電力ず有効電力の初期抜象モデルを定矩したす。 Ideal ゜ヌス ブロックを゜ヌスずしお䜿甚したす。 これにより、ネットワヌク䞊の電圧を蚭定できるようになり、これを䜿甚しお発電機のパラメヌタを決定し、発電量を把握するこずができたす。

次に、シミュレヌションを䜿甚しお発電機ず送電線の電力芁件を調敎する方法を説明したす。

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ネットワヌク内のコンポヌネントの定栌電力ず力率を含む䞀連の初期芁件がありたす。 このネットワヌクが動䜜できる条件もさたざたです。 私たちは、さたざたな条件䞋でテストするこずで、これらの初期芁件を改善したいず考えおいたす。 これを行うには、抜象的なロヌドず゜ヌスを䜿甚するようにモデルを調敎し、幅広い動䜜条件䞋で芁件をテストしたす。

抜象負荷モデルず発電機モデルを䜿甚するようにモデルを構成し、幅広い動䜜条件にわたっお生成および消費される電力を確認したす。

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さお、次に進みたす きめ现かなデザむン。 掗緎された芁件を䜿甚しお蚭蚈を詳现化し、これらの詳现なコンポヌネントをシステム モデルず組み合わせお統合の問題を怜出したす。

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珟圚、航空機内で発電するためにいく぀かのオプションが利甚可胜です。 通垞、発電機はガスタヌビンずの通信によっお駆動されたす。 タヌビンは可倉呚波数で回転したす。 ネットワヌクの呚波数を固定する必芁がある堎合は、ネットワヌク内の可倉タヌビン シャフト速床から䞀定呚波数ぞの倉換が必芁です。 これは、発電機の䞊流に組み蟌たれた定速ドラむブを䜿甚するか、パワヌ ゚レクトロニクスを䜿甚しお可倉呚波数 AC を定呚波数 AC に倉換するこずによっお実珟できたす。 ネットワヌク内の呚波数が倉化する可胜性があり、ネットワヌク内の負荷で゚ネルギヌ倉換が発生する、倉動呚波数を備えたシステムもありたす。

これらの各オプションには、゚ネルギヌを倉換するための発電機ずパワヌ ゚レクトロニクスが必芁です。

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可倉速床で回転するガスタヌビンがありたす。 このタヌビンは発電機シャフトを回転させるために䜿甚され、可倉呚波数の亀流を生成したす。 さたざたなパワヌ ゚レクトロニクス オプションを䜿甚しお、この可倉呚波数を固定呚波数に倉換できたす。 これらのさたざたなオプションを評䟡したいず思いたす。 これは SPS を䜿甚しお実行できたす。

これらの各システムをモデル化し、さたざたな条件䞋でシミュレヌションを実行しお、どのオプションがシステムに最適かを評䟡できたす。 モデルに切り替えお、これがどのように行われるかを芋おみたしょう。

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これが私たちが取り組んでいるモデルです。 ガスタヌビンシャフトからの可倉速床は発電機に䌝達されたす。 そしお、サむクロコンバヌタは固定呚波数の亀流を生成するために䜿甚されたす。 シミュレヌションを実行するず、モデルがどのように動䜜するかがわかりたす。 䞊のグラフは、ガス タヌビンの可倉速速床を瀺しおいたす。 呚波数が倉化しおいるのがわかりたす。 XNUMX 番目のグラフのこの黄色の信号は、発電機出力のいずれかの盞からの電圧です。 この固定呚波数の亀流は、パワヌ ゚レクトロニクスを䜿甚しお可倉速床から生成されたす。

AC負荷がどのように蚘述されるかを芋おみたしょう。 私たちのものはランプ、油圧ポンプ、アクチュ゚ヌタヌに接続されおいたす。 これらのコンポヌネントは、SPS のブロックを䜿甚しおモデル化されたす。

SPS のこれらの各ブロックには、さたざたなコンポヌネント構成に察応し、モデルの詳现レベルを調敎できるようにする構成蚭定が含たれおいたす。

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各コンポヌネントの詳现バヌゞョンを実行するようにモデルを構成したした。 そのため、AC 負荷をモデル化するための十分な胜力があり、ディスクリヌト モヌドで詳现なコンポヌネントをシミュレヌトするこずで、電気ネットワヌク内で䜕が起こっおいるかをより詳现に確認できたす。

モデルの詳现バヌゞョンを䜿甚しお実行するタスクの XNUMX ぀は、電気゚ネルギヌの品質の分析です。

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システムに負荷が導入​​されるず、電圧源で波圢歪みが発生する可胜性がありたす。 これは理想的な正匊波であり、負荷が䞀定であれば、このような信号が発生噚の出力に珟れたす。 ただし、オン/オフを切り替えるこずができるコンポヌネントの数が増えるず、この波圢が歪み、小さなオヌバヌシュヌトが発生する可胜性がありたす。

電圧源の波圢にこのようなスパむクが発生するず、問題が発生する可胜性がありたす。 これにより、パワヌ ゚レクトロニクスのスむッチングによる発電機の過熱が発生する可胜性があり、これにより倧きな䞭性電流が生成され、たた、パワヌ ゚レクトロニクスで䞍必芁なスむッチングが発生する可胜性がありたす。 圌らは信号のこのバりンスを予期しおいたせん。

高調波歪みは、AC 電力の品質の尺床を提䟛したす。 どのコンポヌネントがオンたたはオフになっおいるかによっお品質が倉化するため、倉化するネットワヌク条件䞋でこの比率を枬定するこずが重芁です。 この比率は MathWorks ツヌルを䜿甚しお簡単に枬定でき、幅広い条件䞋でのテストを自動化できたす。

THD に぀いお詳しくは、次の URL をご芧ください。 Wikipedia.

次に実行方法を芋おいきたす シミュレヌションを䜿甚した電力品質解析。

航空機の電気ネットワヌクのモデルがありたす。 ネットワヌク内のさたざたな負荷により、発電機出力の電圧波圢は歪みたす。 これは食品の品質の䜎䞋に぀ながりたす。 これらの負荷は、飛行サむクル䞭のさたざたな時点で切断され、オンラむンになりたす。

このネットワヌクの電力品質をさたざたな条件䞋で評䟡したいず考えおいたす。 このために、SPS ず MATLAB を䜿甚しお THD を自動的に蚈算したす。 GUI を䜿甚しお察話的に比率を蚈算するこずも、MATLAB スクリプトを䜿甚しお自動化するこずもできたす。

モデルに戻っお䟋を瀺しおみたしょう。 航空機の電気ネットワヌク モデルは、発電機、AC バス、AC 負荷、倉圧噚敎流噚ず DC 負荷で構成されたす。 ネットワヌク内のさたざたなポむントで、さたざたな条件䞋で電力品質を枬定したいず考えおいたす。 たず、ゞェネレヌタヌのみでこれを察話的に行う方法を説明したす。 次に、MATLAB を䜿甚しおこのプロセスを自動化する方法を説明したす。 たずシミュレヌションを実行しお、THD の蚈算に必芁なデヌタを収集したす。

モデルベヌス デザむンを䜿甚した航空機電気ネットワヌクの蚭蚈

このグラフ (Gen1_Vab) は、発電機の盞間の電圧を瀺しおいたす。 ご芧のずおり、これは完党な正匊波ではありたせん。 これは、ネットワヌクの電力品質がネットワヌク䞊のコンポヌネントの圱響を受けるこずを意味したす。 シミュレヌションが完了したら、高速フヌリ゚倉換を䜿甚しお THD を蚈算したす。 powergui ブロックを開き、FFT 分析ツヌルを開きたす。 シミュレヌション䞭に蚘録したデヌタがツヌルに自動的に読み蟌たれるこずがわかりたす。 FFT りィンドりを遞択し、呚波数ず範囲を指定しお、結果を衚瀺したす。 高調波歪率が 2.8% であるこずがわかりたす。 ここでは、さたざたな高調波の寄䞎がわかりたす。 高調波歪み係数を察話的に蚈算する方法を説明したした。 しかし、さたざたな条件䞋およびネットワヌクのさたざたなポむントで係数を蚈算するために、このプロセスを自動化したいず考えおいたす。

ここでは、DC 負荷のモデル化に䜿甚できるオプションを芋おいきたす。

玔粋な電気負荷だけでなく、電気および熱の圱響、電気、機械、油圧など、さたざたな工孊分野の芁玠を含む倚分野の負荷もモデル化できたす。

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圓瀟の DC 回路には、倉圧噚、敎流噚、ランプ、ヒヌタヌ、燃料ポンプ、バッテリヌが含たれおいたす。 詳现なモデルでは、他の領域からの圱響を考慮できたす。たずえば、ヒヌタヌ モデルでは、枩床の倉化に䌎う電気郚品の動䜜の倉化が考慮されたす。 燃料ポンプは他の領域からの圱響を考慮しお、コンポヌネントの動䜜ぞの圱響も確認したす。 モデルに戻っお、それがどのようになるかを瀺したす。

これが私たちが扱うモデルです。 ご芧のずおり、倉圧敎流噚ず DC ネットワヌクは玔粋に電気的です。 電気ドメむンからの圱響のみが考慮されたす。 圌らは、このネットワヌク内のコンポヌネントの電気モデルを簡玠化したした。 他の゚ンゞニアリング分野からの圱響を考慮した、このシステムの倉圢 (TRU DC 負荷 -> マルチドメむン) を遞択できたす。 ネットワヌクには同じコンポヌネントがあるこずがわかりたすが、電気モデルの数の代わりに、他の効果を远加したした。たずえば、ハむタヌの堎合は、動䜜に察する枩床の圱響を考慮した枩床物理ネットワヌクです。 ポンプでは、システム内のポンプずその他の負荷の油圧効果を考慮したす。

モデル内に衚瀺されるコンポヌネントは、Simscape ラむブラリ ブロックから組み立おられおいたす。 電気、油圧、磁気、その他の分野を説明するためのブロックがありたす。 これらのブロックを䜿甚するず、孊際的ず呌ばれるモデルを䜜成できたす。 さたざたな物理および工孊分野からの圱響を考慮したす。

他の領域からの圱響を電気ネットワヌク モデルに統合できたす。

モデルベヌス デザむンを䜿甚した航空機電気ネットワヌクの蚭蚈

Simscape ブロック ラむブラリには、氎力孊や枩床など、他のドメむンからの圱響をシミュレヌトするためのブロックが含たれおいたす。 これらのコンポヌネントを䜿甚するず、より珟実的なネットワヌク負荷を䜜成し、これらのコンポヌネントが動䜜できる条件をより正確に定矩できたす。

これらの芁玠を組み合わせるこずで、より耇雑なコンポヌネントを䜜成したり、Simscape 蚀語を䜿甚しお新しいカスタム分野や領域を䜜成したりできたす。

より高床なコンポヌネントずパラメヌタヌ化蚭定は、特殊な Simscape 拡匵機胜で䜿甚できたす。 これらのラむブラリでは、効率の損倱や枩床の圱響などの圱響を考慮した、より耇雑で詳现なコンポヌネントが利甚できたす。 SimMechanics を䜿甚しお XNUMXD およびマルチボディ システムをモデル化するこずもできたす。

詳现蚭蚈が完了したので、詳现シミュレヌションの結果を䜿甚しお、抜象モデルのパラメヌタを調敎したす。 これにより、詳现なシミュレヌションの結果ず䞀臎する結果を生成しながら、高速に実行されるモデルが埗られたす。

私たちは抜象コンポヌネント モデルから開発プロセスを開始したした。 詳现なモデルができたので、これらの抜象モデルが同様の結果を生成するこずを確認したいず思いたす。

モデルベヌス デザむンを䜿甚した航空機電気ネットワヌクの蚭蚈

緑色は、私たちが受け取った最初の芁件を瀺しおいたす。 ここで青色で瀺されおいる抜象モデルの結果が、赀色で瀺されおいる詳现モデルのシミュレヌションの結果に近づくようにしたいず考えおいたす。

これを行うには、入力信号を䜿甚しお抜象モデルの有効電力ず無効電力を定矩したす。 有効電力ず無効電力に別々の倀を䜿甚する代わりに、パラメヌタ化されたモデルを䜜成し、抜象モデルのシミュレヌションからの有効電力ず無効電力の曲線が詳现なモデルず䞀臎するようにこれらのパラメヌタを調敎したす。

モデルベヌス デザむンを䜿甚した航空機電気ネットワヌクの蚭蚈

次に、詳现モデルの結果ず䞀臎するように抜象モデルを調敎する方法を芋おいきたす。

これが私たちの䜿呜です。 電気ネットワヌク内のコンポヌネントの抜象モデルがありたす。 このような制埡信号を入力するず、有効電力ず無効電力の出力は次のようになりたす。

モデルベヌス デザむンを䜿甚した航空機電気ネットワヌクの蚭蚈

同じ信号を詳现モデルの入力に適甚するず、次のような結果が埗られたす。

抜象モデルを䜿甚しおシステム モデルを迅速に反埩できるように、抜象モデルず詳现モデルのシミュレヌション結果に䞀貫性がある必芁がありたす。 これを行うには、結果が䞀臎するたで抜象モデルのパラメヌタを自動的に調敎したす。

これを行うには、抜象モデルず詳现モデルの結果が䞀臎するたでパラメヌタを自動的に倉曎できる SDO を䜿甚したす。

これらの蚭定を構成するには、次の手順に埓いたす。

  • たず、詳现モデルのシミュレヌション出力をむンポヌトし、パラメヌタヌ掚定甚にこれらのデヌタを遞択したす。
  • 次に、どのパラメヌタを構成する必芁があるかを指定し、パラメヌタ範囲を蚭定したす。
  • 次に、パラメヌタを評䟡し、結果が䞀臎するたで SDO がパラメヌタを調敎したす。
  • 最埌に、他の入力デヌタを䜿甚しおパラメヌタヌ掚定結果を怜蚌できたす。

䞊列コンピュヌティングを䜿甚しおシミュレヌションを分散するこずで、開発プロセスを倧幅にスピヌドアップできたす。

モデルベヌス デザむンを䜿甚した航空機電気ネットワヌクの蚭蚈

マルチコア プロセッサの異なるコアたたはコンピュヌティング クラスタヌで個別のシミュレヌションを実行できたす。 耇数のシミュレヌション (モンテカルロ解析、パラメヌタヌ フィッティング、耇数の飛行サむクルの実行など) を実行する必芁があるタスクがある堎合は、ロヌカルのマルチコア マシンたたはコンピュヌタヌ クラスタヌで実行するこずで、これらのシミュレヌションを分散できたす。

倚くの堎合、これはスクリプト内の for ルヌプを䞊列 for ルヌプ parfor に眮き換えるのず同じくらい難しくありたせん。 これにより、シミュレヌションの実行速床が倧幅に向䞊する可胜性がありたす。

モデルベヌス デザむンを䜿甚した航空機電気ネットワヌクの蚭蚈

航空機の電気ネットワヌクのモデルがありたす。 私たちは、飛行サむクル、混乱、倩候などの幅広い動䜜条件䞋でこのネットワヌクをテストしたいず考えおいたす。 PCT を䜿甚しおこれらのテストを高速化し、MATLAB を䜿甚しお実行する各テストのモデルを調敎したす。 次に、コンピュヌタヌのさたざたなコアにシミュレヌションを分散したす。 䞊列テストは順次テストよりもはるかに速く完了するこずがわかりたす。

埓う必芁がある手順は次のずおりです。

  • たず、parpool コマンドを䜿甚しお、ワヌカヌ プロセスのプヌル (いわゆる MATLAB ワヌカヌ) を䜜成したす。
  • 次に、実行するテストごずにパラメヌタ セットを生成したす。
  • たずシミュレヌションを順番に実行したす。
  • 次に、これを䞊行しお実行するシミュレヌションず比范したす。

結果によるず、パラレル モヌドの合蚈テスト時間はシヌケンシャル モヌドの玄 4 分の XNUMX です。 グラフを芋るず、消費電力は抂ね予想どおりのレベルにあるこずがわかりたす。 目に芋えるピヌクは、消費者のスむッチがオンたたはオフになっおいるずきのさたざたなネットワヌク状態に関連しおいたす。

シミュレヌションには倚くのテストが含たれおおり、シミュレヌションをさたざたなコンピュヌタヌ コアに分散するこずで迅速に実行できたした。 これにより、実に幅広い飛行条件を評䟡できるようになりたした。

開発プロセスのこの郚分が完了したので、各ステップのドキュメントの䜜成を自動化する方法、テストを自動的に実行しお結果を文曞化する方法を芋おいきたす。

システム蚭蚈は垞に反埩的なプロセスです。 プロゞェクトに倉曎を加え、倉曎をテストし、結果を評䟡しおから、新たな倉曎を加えたす。 倉曎の結果ず根拠を文曞化するプロセスには長い時間がかかりたす。 SLRG を䜿甚しおこのプロセスを自動化できたす。

SLRG を䜿甚するず、テストの実行を自動化し、それらのテストの結果をレポヌトの圢匏で収集できたす。 レポヌトには、テスト結果の評䟡、モデルずグラフのスクリヌンショット、C および MATLAB コヌドが含たれる堎合がありたす。

最埌に、このプレれンテヌションの芁点を思い出しお終わりたいず思いたす。

  • モデルの忠実性ずシミュレヌション速床 (シミュレヌション モヌドやモデルの抜象化レベルなど) の間のバランスを芋぀けるためにモデルを調敎する機䌚が数倚くありたした。
  • 最適化アルゎリズムず䞊列コンピュヌティングを䜿甚しおシミュレヌションを高速化する方法を確認したした。
  • 最埌に、MATLAB でシミュレヌションず解析タスクを自動化するこずで開発プロセスをスピヌドアップする方法を確認したした。

資料䜜成者 — ミハむル・ペセルニク、゚ンゞニア CITM出展者.

このりェビナヌぞのリンク https://exponenta.ru/events/razrabotka-ehlektroseti-samoleta-s-ispolzovaniem-mop

出所 habr.com

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