Táto publikácia poskytuje prepis webinára . Webinár viedol inžinier Michail Peselnik .)
Dnes sa naučíme, že vieme vyladiť modely tak, aby sme dosiahli optimálnu rovnováhu medzi vernosťou a presnosťou výsledkov simulácie a rýchlosťou simulačného procesu. Toto je kľúčom k efektívnemu využívaniu simulácie a uisteniu sa, že úroveň detailov vo vašom modeli je vhodná pre úlohu, ktorú chcete vykonať.
Naučíme sa tiež:
- Ako môžete urýchliť simulácie pomocou optimalizačných algoritmov a paralelných výpočtov;
- Ako distribuovať simulácie medzi viaceré počítačové jadrá, čím sa urýchlia úlohy, ako je odhad parametrov a výber parametrov;
- Ako urýchliť vývoj automatizáciou simulačných a analytických úloh pomocou MATLABu;
- Ako používať skripty MATLABu na harmonickú analýzu a dokumentovať výsledky akéhokoľvek typu testu pomocou automatického generovania správ.
Začneme prehľadom modelu elektrickej siete lietadla. Budeme diskutovať o tom, aké sú naše simulačné ciele a pozrieme sa na proces vývoja, ktorý bol použitý na vytvorenie modelu.
Následne prejdeme fázami tohto procesu vrátane prvotného návrhu – kde si ujasníme požiadavky. Detailný návrh - kde sa pozrieme na jednotlivé komponenty elektrickej siete a nakoniec využijeme výsledky simulácie detailného návrhu na úpravu parametrov abstraktného modelu. Nakoniec sa pozrieme na to, ako môžete zdokumentovať výsledky všetkých týchto krokov v prehľadoch.
Tu je schematické znázornenie systému, ktorý vyvíjame. Jedná sa o polovičný model lietadla, ktorý obsahuje generátor, AC zbernicu, rôzne AC záťaže, jednotku transformátora-usmerňovača, DC zbernicu s rôznymi záťažami a batériu.
Prepínače slúžia na pripojenie komponentov k elektrickej sieti. Keď sa komponenty počas letu zapínajú a vypínajú, elektrické podmienky sa môžu zmeniť. Chceme analyzovať túto polovicu elektrickej siete lietadla v týchto meniacich sa podmienkach.
Kompletný model elektrického systému lietadla musí obsahovať ďalšie komponenty. Nezahrnuli sme ich do tohto polrovinového modelu, pretože chceme analyzovať iba interakcie medzi týmito komponentmi. Ide o bežnú prax pri stavbe lietadiel a lodí.
Ciele simulácie:
- Určite elektrické požiadavky pre rôzne komponenty, ako aj elektrické vedenia, ktoré ich spájajú.
- Analyzujte systémové interakcie medzi komponentmi z rôznych inžinierskych disciplín vrátane elektrických, mechanických, hydraulických a tepelných efektov.
- A na podrobnejšej úrovni vykonajte harmonickú analýzu.
- Analyzujte kvalitu napájania v meniacich sa podmienkach a pozrite sa na napätia a prúdy v rôznych uzloch siete.
Tento súbor cieľov simulácie najlepšie poslúži pomocou modelov s rôznym stupňom detailov. Uvidíme, že ako budeme postupovať vývojovým procesom, budeme mať abstraktný a podrobný model.
Keď sa pozrieme na výsledky simulácie týchto rôznych variantov modelu, vidíme, že výsledky modelu na úrovni systému a podrobného modelu sú rovnaké.
Ak sa bližšie pozrieme na výsledky simulácie, vidíme, že aj napriek dynamike spôsobenej spínaním výkonových zariadení v detailnej verzii nášho modelu sú celkové výsledky simulácie rovnaké.
To nám umožňuje vykonávať rýchle iterácie na úrovni systému, ako aj podrobnú analýzu elektrického systému na podrobnej úrovni. Takto môžeme efektívne dosahovať svoje ciele.
Teraz si povedzme o modeli, s ktorým pracujeme. Pre každý komponent v elektrickej sieti sme vytvorili niekoľko možností. Ktorý variant komponentu použijeme si vyberieme v závislosti od problému, ktorý riešime.
Keď preskúmame možnosti výroby elektrickej energie zo siete, môžeme nahradiť integrovaný hnací generátor generátorom s premenlivou rýchlosťou typu cyklokonvektora alebo frekvenčným generátorom spojeným s jednosmerným prúdom. V obvode striedavého prúdu môžeme použiť abstraktné alebo podrobné komponenty záťaže.
Podobne pre DC sieť môžeme použiť abstraktnú, detailnú alebo multidisciplinárnu možnosť, ktorá zohľadňuje vplyv iných fyzikálnych disciplín ako mechanika, hydraulika a teplotné efekty.
Viac podrobností o modeli.
Tu vidíte generátor, distribučnú sieť a komponenty v sieti. Model je v súčasnosti nastavený na simuláciu s abstraktnými modelmi komponentov. Pohon sa modeluje jednoducho zadaním činného a jalového výkonu, ktorý komponent spotrebuje.
Ak tento model nakonfigurujeme na použitie detailných variantov komponentov, pohon je už modelovaný ako elektrický stroj. Disponujeme synchrónnym motorom s permanentným magnetom, meničmi a jednosmernou zbernicou a riadiacim systémom. Ak sa pozrieme na jednotku transformátor-usmerňovač, vidíme, že je modelovaná pomocou transformátorov a univerzálnych mostíkov, ktoré sa používajú vo výkonovej elektronike.
Môžeme tiež vybrať možnosť systému (na TRU DC Loads -> Block Choices -> Multidomain), ktorá zohľadňuje efekty spojené s inými fyzikálnymi javmi (v palivovom čerpadle). Pre palivové čerpadlo vidíme, že máme hydraulické čerpadlo, hydraulické zaťaženie. V prípade ohrievača vidíme zvažovanie teplotných účinkov, ktoré ovplyvňujú správanie tohto komponentu pri zmene teploty. Náš generátor je modelovaný pomocou synchrónneho stroja a máme riadiaci systém na nastavenie napäťového poľa pre tento stroj.
Letové cykly sa vyberajú pomocou premennej MATLABu s názvom Flight_Cycle_Num. A tu vidíme údaje z pracovného priestoru MATLAB, ktorý riadi, kedy sa zapínajú a vypínajú určité komponenty elektrickej siete. Tento graf (Plot_FC) zobrazuje prvý letový cyklus, keď sú komponenty zapnuté alebo vypnuté.
Ak model vyladíme do Tuned verzie, môžeme pomocou tohto skriptu (Test_APN_Model_SHORT) spustiť model a otestovať ho v troch rôznych letových cykloch. Prebieha prvý letový cyklus a systém testujeme za rôznych podmienok. Potom automaticky nakonfigurujeme model tak, aby spustil druhý letový cyklus a tretí. Po dokončení týchto testov máme správu, ktorá ukazuje výsledky týchto troch testov v porovnaní s predchádzajúcimi testovacími jazdami. V správe si môžete pozrieť screenshoty modelu, screenshoty grafov zobrazujúcich rýchlosť, napätie a generovaný výkon na výstupe generátora, porovnávacie grafy s predchádzajúcimi testami, ako aj výsledky analýzy kvality elektrickej siete.
Nájdenie kompromisu medzi vernosťou modelu a rýchlosťou simulácie je kľúčom k efektívnemu využívaniu simulácie. Keď do modelu pridávate ďalšie podrobnosti, čas potrebný na výpočet a simuláciu modelu sa zvyšuje. Je dôležité prispôsobiť model pre konkrétny problém, ktorý riešite.
Keď nás zaujímajú detaily, ako je kvalita napájania, pridávame efekty, ako je prepínanie výkonovej elektroniky a realistické zaťaženie. Keď sa však zaujímame o otázky, ako je výroba alebo spotreba energie rôznymi komponentmi v elektrickej sieti, použijeme komplexnú simulačnú metódu, abstraktné zaťaženia a modely spriemerovaného napätia.
Pomocou produktov Mathworks si môžete vybrať správnu úroveň podrobností pre daný problém.
Na efektívny dizajn potrebujeme abstraktné aj detailné modely komponentov. Tu je návod, ako tieto možnosti zapadajú do nášho vývojového procesu:
- Najprv objasníme požiadavky pomocou abstraktnej verzie modelu.
- Spresnené požiadavky potom použijeme na detailný návrh komponentu.
- V našom modeli môžeme kombinovať abstraktnú a detailnú verziu komponentu, čo umožňuje overenie a kombináciu komponentu s mechanickými systémami a riadiacimi systémami.
- Nakoniec môžeme použiť výsledky simulácie podrobného modelu na doladenie parametrov abstraktného modelu. Získame tak model, ktorý beží rýchlo a poskytuje presné výsledky.
Môžete vidieť, že tieto dve možnosti – systém a podrobný model – sa navzájom dopĺňajú. Práca, ktorú robíme s abstraktným modelom na objasnenie požiadaviek, znižuje počet iterácií potrebných na detailný návrh. To urýchľuje náš vývojový proces. Výsledky simulácie podrobného modelu nám poskytujú abstraktný model, ktorý beží rýchlo a poskytuje presné výsledky. To nám umožňuje dosiahnuť zhodu medzi úrovňou detailov modelu a úlohou, ktorú simulácia vykonáva.
Mnoho spoločností na celom svete používa MOS na vývoj zložitých systémov. Airbus vyvíja systém riadenia paliva pre A380 založený na MOP. Tento systém obsahuje viac ako 20 čerpadiel a viac ako 40 ventilov. Môžete si predstaviť množstvo rôznych scenárov zlyhania, ktoré by sa mohli vyskytnúť. Pomocou simulácie môžu každý víkend vykonať viac ako stotisíc testov. To im dáva istotu, že bez ohľadu na scenár zlyhania ich riadiaci systém zvládne.
Teraz, keď sme videli prehľad nášho modelu a našich simulačných cieľov, prejdeme si procesom návrhu. Začneme tým, že použijeme abstraktný model na objasnenie systémových požiadaviek. Tieto vylepšené požiadavky sa použijú na detailný návrh.
Uvidíme, ako integrovať dokumenty požiadaviek do procesu vývoja. Máme rozsiahly dokument s požiadavkami, ktorý popisuje všetky požiadavky na náš systém. Je veľmi ťažké porovnať požiadavky s projektom ako celkom a uistiť sa, že projekt tieto požiadavky spĺňa.
Pomocou SLVNV môžete priamo prepojiť dokumenty požiadaviek a model v Simulinku. Môžete vytvárať odkazy priamo z modelu priamo na požiadavky. To uľahčuje overenie, či sa určitá časť modelu vzťahuje na konkrétnu požiadavku a naopak. Táto komunikácia je obojsmerná. Ak sa teda pozeráme na požiadavku, môžeme rýchlo prejsť na model a zistiť, ako je táto požiadavka splnená.
Teraz, keď sme dokument požiadaviek integrovali do pracovného toku, spresníme požiadavky na elektrickú sieť. Konkrétne sa pozrieme na prevádzkové, špičkové a konštrukčné požiadavky na zaťaženie generátorov a prenosových vedení. Budeme ich testovať v širokom rozsahu podmienok siete. Tie. počas rôznych letových cyklov, kedy sa zapínajú a vypínajú rôzne záťaže. Keďže sa zameriavame len na napájanie, spínanie vo výkonovej elektronike zanedbáme. Preto použijeme abstraktné modely a zjednodušené simulačné metódy. To znamená, že model vyladíme tak, aby ignoroval detaily, ktoré nepotrebujeme. Vďaka tomu bude simulácia prebiehať rýchlejšie a umožní nám testovať podmienky počas dlhých letových cyklov.
Máme zdroj striedavého prúdu, ktorý prechádza reťazcom odporov, kapacít a indukčností. V obvode je spínač, ktorý sa po určitom čase otvorí a potom opäť zatvorí. Ak spustíte simuláciu, môžete vidieť výsledky pomocou kontinuálneho riešiteľa. (V1) Môžete vidieť, že oscilácie spojené s otváraním a zatváraním spínača sú presne zobrazené.
Teraz prepnime do diskrétneho režimu. Dvakrát kliknite na blok PowerGui a vyberte diskrétny riešič na karte Riešiteľ. Môžete vidieť, že je teraz vybratý diskrétny riešiteľ. Začnime so simuláciou. Uvidíte, že výsledky sú teraz takmer rovnaké, ale presnosť závisí od zvolenej vzorkovacej frekvencie.
Teraz môžem vybrať režim komplexnej simulácie, nastaviť frekvenciu – keďže riešenie sa získava len pri určitej frekvencii – a spustiť simuláciu znova. Uvidíte, že sa zobrazia iba amplitúdy signálu. Kliknutím na tento blok môžem spustiť MATLAB skript, ktorý spustí model postupne vo všetkých troch simulačných režimoch a vykreslí výsledné grafy na seba. Ak sa pozrieme bližšie na prúd a napätie, uvidíme, že diskrétne výsledky sú blízke spojitým, ale úplne sa zhodujú. Ak sa pozriete na prúd, môžete vidieť, že existuje vrchol, ktorý nebol zaznamenaný v diskrétnom režime simulácie. A vidíme, že komplexný režim vám umožňuje vidieť iba amplitúdu. Ak sa pozrieme na krok riešiteľa, vidíme, že komplexný riešiteľ vyžadoval iba 56 krokov, zatiaľ čo ostatní riešitelia potrebovali na dokončenie simulácie oveľa viac krokov. To umožnilo, aby komplexný simulačný režim bežal oveľa rýchlejšie ako iné režimy.
Okrem výberu vhodného simulačného režimu potrebujeme modely s primeranou úrovňou detailov. Na objasnenie energetických požiadaviek komponentov v elektrickej sieti použijeme abstraktné modely všeobecnej aplikácie. Blok Dynamic Load nám umožňuje špecifikovať aktívny a jalový výkon, ktorý komponent spotrebúva alebo generuje v sieti.
Definujeme počiatočný abstraktný model pre jalový a aktívny výkon na základe počiatočného súboru požiadaviek. Ako zdroj použijeme ideálny zdrojový blok. To vám umožní nastaviť napätie v sieti a pomocou toho môžete určiť parametre generátora a pochopiť, koľko energie by mal produkovať.
Ďalej uvidíte, ako použiť simuláciu na spresnenie energetických požiadaviek pre generátor a prenosové vedenia.
Máme počiatočný súbor požiadaviek, ktoré zahŕňajú menovitý výkon a účinník pre komponenty v sieti. Máme tiež celý rad podmienok, v ktorých môže táto sieť fungovať. Tieto počiatočné požiadavky chceme spresniť testovaním v širokej škále podmienok. Urobíme to vyladením modelu tak, aby používal abstraktné záťaže a zdroje a testovaním požiadaviek v širokom rozsahu prevádzkových podmienok.
Nakonfigurujeme model tak, aby používal abstraktné modely záťaže a generátora a uvidíme generovanú a spotrebovanú energiu v širokom rozsahu prevádzkových podmienok.
Teraz prejdeme na detailný dizajn. Spresnené požiadavky použijeme na detailný návrh a tieto podrobné komponenty skombinujeme s modelom systému, aby sme odhalili problémy s integráciou.
Dnes je k dispozícii niekoľko možností na výrobu elektriny v lietadle. Typicky je generátor poháňaný komunikáciou s plynovou turbínou. Turbína sa otáča premenlivou frekvenciou. Ak sieť musí mať pevnú frekvenciu, potom je potrebná konverzia z variabilných otáčok hriadeľa turbíny na konštantnú frekvenciu v sieti. Dá sa to dosiahnuť použitím integrovaného pohonu s konštantnou rýchlosťou pred generátorom alebo použitím výkonovej elektroniky na konverziu striedavého prúdu s premenlivou frekvenciou na striedavý prúd s konštantnou frekvenciou. Existujú aj systémy s pohyblivou frekvenciou, kde sa frekvencia v sieti môže meniť a dochádza k premene energie pri záťažiach v sieti.
Každá z týchto možností vyžaduje generátor a výkonovú elektroniku na premenu energie.
Máme plynovú turbínu, ktorá sa otáča premenlivou rýchlosťou. Táto turbína sa používa na otáčanie hriadeľa generátora, ktorý produkuje striedavý prúd s premenlivou frekvenciou. Na premenu tejto premenlivej frekvencie na pevnú frekvenciu je možné použiť rôzne možnosti výkonovej elektroniky. Radi by sme zhodnotili tieto rôzne možnosti. Dá sa to urobiť pomocou SPS.
Každý z týchto systémov môžeme modelovať a spúšťať simulácie za rôznych podmienok, aby sme vyhodnotili, ktorá možnosť je pre náš systém najlepšia. Prepnime na model a uvidíme, ako sa to robí.
Tu je model, s ktorým pracujeme. Premenlivé otáčky z hriadeľa plynovej turbíny sa prenášajú do generátora. A cyklokonvertor sa používa na výrobu striedavého prúdu s pevnou frekvenciou. Ak spustíte simuláciu, uvidíte, ako sa model správa. Horný graf ukazuje premenlivú rýchlosť plynovej turbíny. Vidíte, že frekvencia sa mení. Tento žltý signál v druhom grafe je napätie z jednej z fáz na výstupe generátora. Tento striedavý prúd s pevnou frekvenciou sa vytvára z premenlivej rýchlosti pomocou výkonovej elektroniky.
Pozrime sa, ako sú opísané záťaže AC. Naša je napojená na lampu, hydraulické čerpadlo a pohon. Tieto komponenty sú modelované pomocou blokov od SPS.
Každý z týchto blokov v SPS obsahuje konfiguračné nastavenia, ktoré vám umožnia prispôsobiť sa rôznym konfiguráciám komponentov a upraviť úroveň detailov vo vašom modeli.
Modely sme nakonfigurovali tak, aby spúšťali podrobnú verziu každého komponentu. Máme teda veľa energie na modelovanie striedavých záťaží a simuláciou detailných komponentov v diskrétnom režime môžeme vidieť oveľa viac detailov toho, čo sa deje v našej elektrickej sieti.
Jednou z úloh, ktoré budeme vykonávať s podrobnou verziou modelu, je analýza kvality elektrickej energie.
Keď je do systému zavedená záťaž, môže to spôsobiť skreslenie tvaru vlny na zdroji napätia. Toto je ideálna sínusoida a takýto signál bude na výstupe generátora, ak sú zaťaženia konštantné. Keď sa však zvyšuje počet komponentov, ktoré je možné zapnúť a vypnúť, tento priebeh môže byť skreslený a výsledkom sú také malé prekmity.
Tieto špičky v tvare vlny na zdroji napätia môžu spôsobiť problémy. To môže viesť k prehriatiu generátora v dôsledku spínania výkonovej elektroniky, čo môže viesť k vytváraniu veľkých neutrálnych prúdov a tiež k zbytočnému spínaniu výkonovej elektroniky, pretože tento odraz signálu neočakávajú.
Harmonické skreslenie ponúka mieru kvality striedavého elektrického napájania. Je dôležité merať tento pomer pri meniacich sa podmienkach siete, pretože kvalita sa bude líšiť v závislosti od toho, ktorý komponent je zapnutý a vypnutý. Tento pomer sa dá ľahko merať pomocou nástrojov MathWorks a možno ho automatizovať na testovanie v širokom rozsahu podmienok.
Viac o THD sa dozviete na .
Ďalej uvidíme, ako vykonať analýza kvality energie pomocou simulácie.
Máme model elektrickej siete lietadla. V dôsledku rôznych zaťažení v sieti je priebeh napätia na výstupe generátora skreslený. To vedie k zhoršeniu kvality potravín. Tieto záťaže sú odpojené a privedené do stavu online v rôznych časoch počas letového cyklu.
Chceme vyhodnotiť kvalitu napájania tejto siete za rôznych podmienok. Na to použijeme SPS a MATLAB na automatický výpočet THD. Pomer môžeme vypočítať interaktívne pomocou GUI alebo použiť na automatizáciu skript MATLAB.
Vráťme sa k modelu, aby sme vám to ukázali na príklade. Náš model elektrickej siete lietadla pozostáva z generátora, AC zbernice, AC záťaží a transformátora-usmerňovača a DC záťaže. Chceme merať kvalitu energie na rôznych miestach siete za rôznych podmienok. Na začiatok vám ukážem, ako to urobiť interaktívne len pre generátor. Potom vám ukážem, ako automatizovať tento proces pomocou MATLABu. Najprv spustíme simuláciu na zhromaždenie údajov potrebných na výpočet THD.
Tento graf (Gen1_Vab) zobrazuje napätie medzi fázami generátora. Ako vidíte, toto nie je dokonalá sínusoida. To znamená, že kvalita napájania siete je ovplyvnená komponentmi v sieti. Po dokončení simulácie použijeme na výpočet THD rýchlu Fourierovu transformáciu. Otvoríme blok powergui a otvoríme nástroj analýzy FFT. Môžete vidieť, že nástroj sa automaticky načíta dátami, ktoré som zaznamenal počas simulácie. Vyberieme okno FFT, určíme frekvenciu a rozsah a zobrazíme výsledky. Môžete vidieť, že faktor harmonického skreslenia je 2.8%. Tu môžete vidieť príspevok rôznych harmonických. Videli ste, ako môžete interaktívne vypočítať koeficient harmonického skreslenia. Chceli by sme však tento proces zautomatizovať, aby sme vypočítali koeficient za rôznych podmienok a na rôznych miestach siete.
Teraz sa pozrieme na dostupné možnosti pre modelovanie jednosmerných záťaží.
Dokážeme modelovať čisto elektrické záťaže, ako aj multidisciplinárne záťaže, ktoré obsahujú prvky z rôznych inžinierskych oblastí, ako sú elektrické a tepelné efekty, elektrické, mechanické a hydraulické.
Náš DC obvod obsahuje transformátor-usmerňovač, lampy, ohrievač, palivové čerpadlo a batériu. Podrobné modely môžu zohľadňovať vplyvy z iných oblastí, napríklad model ohrievača zohľadňuje zmeny v správaní elektrickej časti pri zmenách teploty. Palivové čerpadlo berie do úvahy vplyvy z iných oblastí, aby tiež videlo ich vplyv na správanie súčiastky. Vrátim sa k modelu, aby som vám ukázal, ako vyzerá.
Toto je model, s ktorým pracujeme. Ako vidíte, teraz je transformátor-usmerňovač a jednosmerná sieť čisto elektrická, t.j. do úvahy sa berú len účinky z elektrickej domény. Majú zjednodušené elektrické modely komponentov v tejto sieti. Môžeme si vybrať variant tohto systému (TRU DC Loads -> Multidomain), ktorý zohľadňuje efekty z iných inžinierskych oblastí. Vidíte, že v sieti máme rovnaké komponenty, no namiesto množstva elektrických modelov sme pridali ďalšie efekty – napríklad pre hitera teplotnú fyzikálnu sieť, ktorá zohľadňuje vplyv teploty na správanie. V čerpadle teraz berieme do úvahy hydraulické účinky čerpadiel a iné zaťaženia v systéme.
Komponenty, ktoré vidíte v modeli, sú zostavené z blokov knižnice Simscape. Existujú bloky na účtovanie elektrických, hydraulických, magnetických a iných disciplín. Pomocou týchto blokov môžete vytvárať modely, ktoré nazývame multidisciplinárne, t.j. berúc do úvahy vplyvy z rôznych fyzikálnych a inžinierskych disciplín.
Do modelu elektrickej siete možno integrovať efekty z iných oblastí.
Knižnica blokov Simscape obsahuje bloky na simuláciu efektov z iných oblastí, ako je hydraulika alebo teplota. Použitím týchto komponentov môžete vytvoriť realistickejšie zaťaženie siete a potom presnejšie definovať podmienky, za ktorých môžu tieto komponenty fungovať.
Kombináciou týchto prvkov môžete vytvárať zložitejšie komponenty, ako aj vytvárať nové vlastné disciplíny alebo oblasti pomocou jazyka Simscape.
Pokročilejšie komponenty a nastavenia parametrizácie sú dostupné v špecializovaných rozšíreniach Simscape. V týchto knižniciach sú k dispozícii komplexnejšie a podrobnejšie komponenty, ktoré berú do úvahy vplyvy, ako sú straty účinnosti a teplotné vplyvy. Môžete tiež modelovať XNUMXD a viactelesové systémy pomocou SimMechanics.
Teraz, keď sme dokončili podrobný návrh, použijeme výsledky podrobných simulácií na úpravu parametrov abstraktného modelu. Získame tak model, ktorý beží rýchlo a zároveň prináša výsledky, ktoré zodpovedajú výsledkom podrobnej simulácie.
Proces vývoja sme začali s abstraktnými modelmi komponentov. Teraz, keď máme podrobné modely, radi by sme sa uistili, že tieto abstraktné modely prinášajú podobné výsledky.
Zelená zobrazuje počiatočné požiadavky, ktoré sme dostali. Chceli by sme, aby sa výsledky z abstraktného modelu, ktorý je tu znázornený modrou farbou, približovali k výsledkom z podrobnej modelovej simulácie zobrazenej červenou farbou.
Za týmto účelom zadefinujeme aktívne a jalové výkony pre abstraktný model pomocou vstupného signálu. Namiesto použitia oddelených hodnôt pre činný a jalový výkon vytvoríme parametrizovaný model a upravíme tieto parametre tak, aby krivky činného a jalového výkonu zo simulácie abstraktného modelu zodpovedali podrobnému modelu.
Ďalej uvidíme, ako možno abstraktný model vyladiť tak, aby zodpovedal výsledkom podrobného modelu.
Toto je naša úloha. Máme abstraktný model komponentu v elektrickej sieti. Keď naň aplikujeme takýto riadiaci signál, výstupom je nasledujúci výsledok pre činný a jalový výkon.
Keď aplikujeme rovnaký signál na vstup podrobného modelu, dostaneme výsledky ako sú tieto.
Potrebujeme, aby boli výsledky simulácie abstraktného a podrobného modelu konzistentné, aby sme mohli použiť abstraktný model na rýchlu iteráciu na modeli systému. Aby sme to dosiahli, automaticky upravíme parametre abstraktného modelu, kým sa výsledky nezhodujú.
Na to nám poslúži SDO, ktoré dokáže automaticky meniť parametre, kým sa výsledky abstraktného a detailného modelu nezhodujú.
Pri konfigurácii týchto nastavení budeme postupovať podľa nasledujúcich krokov.
- Najprv importujeme simulačné výstupy podrobného modelu a vyberieme tieto údaje na odhad parametrov.
- Potom určíme, ktoré parametre je potrebné nakonfigurovať a nastavíme rozsahy parametrov.
- Ďalej vyhodnotíme parametre, pričom SDO bude parametre upravovať, kým sa výsledky nezhodujú.
- Nakoniec môžeme použiť ďalšie vstupné údaje na overenie výsledkov odhadu parametrov.
Proces vývoja môžete výrazne urýchliť distribúciou simulácií pomocou paralelných výpočtov.
Môžete spustiť samostatné simulácie na rôznych jadrách viacjadrového procesora alebo na výpočtových klastroch. Ak máte úlohu, ktorá vyžaduje spustenie viacerých simulácií – napríklad analýza Monte Carlo, prispôsobenie parametrov alebo spustenie viacerých letových cyklov – môžete tieto simulácie distribuovať tak, že ich spustíte na lokálnom viacjadrovom stroji alebo počítačovom klastri.
V mnohých prípadoch to nebude o nič zložitejšie ako nahradiť cyklus for v skripte paralelným cyklom for, parfor. To môže viesť k výraznému zrýchleniu behu simulácií.
Máme model elektrickej siete lietadla. Radi by sme otestovali túto sieť v širokom spektre prevádzkových podmienok – vrátane letových cyklov, porúch a počasia. Na urýchlenie týchto testov použijeme PCT, MATLAB na vyladenie modelu pre každý test, ktorý chceme spustiť. Potom rozdelíme simulácie medzi rôzne jadrá môjho počítača. Uvidíme, že paralelné testy budú dokončené oveľa rýchlejšie ako sekvenčné.
Tu sú kroky, ktoré budeme musieť dodržať.
- Najprv si pomocou príkazu parpool vytvoríme fond pracovných procesov alebo takzvaných pracovníkov MATLABu.
- Ďalej vygenerujeme sady parametrov pre každý test, ktorý chceme spustiť.
- Simulácie spustíme najskôr postupne, jednu po druhej.
- A potom to porovnajte s paralelným spustením simulácií.
Podľa výsledkov je celkový čas testovania v paralelnom režime približne 4-krát kratší ako v sekvenčnom režime. V grafoch sme videli, že spotreba energie je celkovo na očakávanej úrovni. Viditeľné špičky súvisia s rôznymi sieťovými podmienkami pri zapínaní a vypínaní spotrebičov.
Simulácie zahŕňali mnoho testov, ktoré sme dokázali rýchlo spustiť distribúciou simulácií medzi rôzne počítačové jadrá. To nám umožnilo vyhodnotiť skutočne širokú škálu letových podmienok.
Teraz, keď sme dokončili túto časť vývojového procesu, uvidíme, ako môžeme automatizovať vytváranie dokumentácie pre každý krok, ako môžeme automaticky spúšťať testy a dokumentovať výsledky.
Návrh systému je vždy iteratívny proces. Urobíme zmenu v projekte, otestujeme zmenu, vyhodnotíme výsledky a potom urobíme novú zmenu. Proces dokumentovania výsledkov a zdôvodnenia zmien trvá dlho. Tento proces môžete automatizovať pomocou SLRG.
Pomocou SLRG môžete automatizovať vykonávanie testov a potom zhromaždiť výsledky týchto testov vo forme správy. Správa môže obsahovať vyhodnotenie výsledkov testov, screenshoty modelov a grafov, C a MATLAB kód.
Na záver pripomeniem kľúčové body tejto prezentácie.
- Videli sme veľa príležitostí na vyladenie modelu, aby sme našli rovnováhu medzi vernosťou modelu a rýchlosťou simulácie – vrátane režimov simulácie a úrovní abstrakcie modelu.
- Videli sme, ako môžeme urýchliť simulácie pomocou optimalizačných algoritmov a paralelných výpočtov.
- Nakoniec sme videli, ako môžeme urýchliť proces vývoja automatizáciou simulačných a analytických úloh v MATLABE.
Autor materiálu — Michail Peselnik, inžinier .
Odkaz na tento webinár
Zdroj: hab.com