Bu yayın web seminerinin transkripsiyonunu sağlar . Web semineri mühendis Mikhail Peselnik tarafından gerçekleştirildi. .)
Bugün simülasyon sonuçlarının aslına uygunluğu ve doğruluğu ile simülasyon sürecinin hızı arasında en uygun dengeyi elde etmek için modelleri ayarlayabileceğimizi öğreneceğiz. Bu, simülasyonu etkili bir şekilde kullanmanın ve modelinizdeki ayrıntı düzeyinin gerçekleştirmeyi düşündüğünüz göreve uygun olduğundan emin olmanın anahtarıdır.
Ayrıca şunları da öğreneceğiz:
- Optimizasyon algoritmalarını ve paralel hesaplamayı kullanarak simülasyonları nasıl hızlandırabilirsiniz;
- Simülasyonların birden fazla bilgisayar çekirdeğine nasıl dağıtılacağı, parametre tahmini ve parametre seçimi gibi görevlerin hızlandırılması;
- MATLAB kullanarak simülasyon ve analiz görevlerini otomatikleştirerek geliştirmeyi nasıl hızlandırabiliriz;
- Harmonik analiz için MATLAB komut dosyaları nasıl kullanılır ve otomatik rapor oluşturmayı kullanarak her türlü testin sonuçları belgelenir.
Uçak elektrik ağı modeline genel bir bakışla başlayacağız. Simülasyon hedeflerimizin ne olduğunu tartışacağız ve modeli oluşturmak için kullanılan geliştirme sürecine bakacağız.
Daha sonra, gereksinimleri açıklığa kavuşturacağımız ilk tasarım da dahil olmak üzere bu sürecin aşamalarını geçeceğiz. Ayrıntılı tasarım - burada elektrik ağının ayrı ayrı bileşenlerine bakacağız ve son olarak ayrıntılı tasarımın simülasyon sonuçlarını soyut modelin parametrelerini ayarlamak için kullanacağız. Son olarak tüm bu adımların sonuçlarını raporlarda nasıl belgeleyebileceğinize bakacağız.
Burada geliştirmekte olduğumuz sistemin şematik bir temsili bulunmaktadır. Bu, bir jeneratör, bir AC barası, çeşitli AC yükleri, bir transformatör-doğrultucu ünitesi, çeşitli yüklere sahip bir DC barası ve bir batarya içeren yarım uçak modelidir.
Anahtarlar, bileşenleri elektrik ağına bağlamak için kullanılır. Uçuş sırasında bileşenler açılıp kapandıkça elektriksel koşullar değişebilir. Uçağın elektrik şebekesinin bu yarısını değişen koşullar altında analiz etmek istiyoruz.
Bir uçak elektrik sisteminin tam modeli diğer bileşenleri de içermelidir. Bunları bu yarım düzlem modeline dahil etmedik çünkü sadece bu bileşenler arasındaki etkileşimleri analiz etmek istiyoruz. Bu, uçak ve gemi yapımında yaygın bir uygulamadır.
Simülasyon hedefleri:
- Çeşitli bileşenlerin yanı sıra bunları bağlayan güç hatları için elektrik gereksinimlerini belirleyin.
- Elektrik, mekanik, hidrolik ve termal etkiler de dahil olmak üzere farklı mühendislik disiplinlerindeki bileşenler arasındaki sistem etkileşimlerini analiz edin.
- Ve daha ayrıntılı bir düzeyde harmonik analiz gerçekleştirin.
- Değişen koşullar altında güç kaynağının kalitesini analiz edin ve farklı ağ düğümlerindeki gerilim ve akımlara bakın.
Bu simülasyon hedeflerine en iyi şekilde, değişen ayrıntı derecelerine sahip modeller kullanılarak ulaşılır. Geliştirme sürecinde ilerledikçe soyut ve detaylı bir modele sahip olacağımızı göreceğiz.
Bu farklı model varyantlarının simülasyon sonuçlarına baktığımızda sistem düzeyindeki model ile detaylı modelin sonuçlarının aynı olduğunu görüyoruz.
Simülasyon sonuçlarına daha yakından baktığımızda modelimizin detaylı versiyonunda güç cihazlarının anahtarlanmasının yarattığı dinamiklere rağmen genel simülasyon sonuçlarının aynı olduğunu görüyoruz.
Bu, sistem düzeyinde hızlı yinelemeler yapmamızın yanı sıra, elektrik sisteminin ayrıntılı bir düzeyde ayrıntılı analizini yapmamıza olanak tanır. Bu şekilde hedeflerimize etkili bir şekilde ulaşabiliriz.
Şimdi çalıştığımız modelden bahsedelim. Elektrik ağındaki her bileşen için çeşitli seçenekler oluşturduk. Çözdüğümüz soruna bağlı olarak hangi bileşen varyantını kullanacağımızı seçeceğiz.
Şebeke güç üretimi seçeneklerini araştırdığımızda, entegre tahrikli jeneratörü siklokonvektör tipi değişken hızlı jeneratör veya DC kuplajlı frekans jeneratörü ile değiştirebiliriz. Bir AC devresinde soyut veya ayrıntılı yük bileşenlerini kullanabiliriz.
Benzer şekilde bir DC ağı için mekanik, hidrolik ve sıcaklık etkileri gibi diğer fiziksel disiplinlerin etkisini hesaba katan soyut, ayrıntılı veya çok disiplinli bir seçeneği kullanabiliriz.
Model hakkında daha fazla ayrıntı.
Burada jeneratörü, dağıtım ağını ve ağdaki bileşenleri görüyorsunuz. Model şu anda soyut bileşen modelleri ile simülasyon için ayarlanmıştır. Aktüatör, bileşenin tükettiği aktif ve reaktif güç belirtilerek basitçe modellenir.
Bu modeli ayrıntılı bileşen çeşitlerini kullanacak şekilde yapılandırırsak, aktüatör zaten bir elektrikli makine olarak modellenmiştir. Sabit mıknatıslı senkron motorumuz, dönüştürücülerimiz ve DC bara ve kontrol sistemimiz var. Transformatör-doğrultucu ünitesine baktığımızda güç elektroniğinde kullanılan transformatörler ve üniversal köprüler kullanılarak modellendiğini görürüz.
Ayrıca diğer fiziksel olaylarla (Yakıt Pompasında) ilişkili etkileri hesaba katan bir sistem seçeneği de seçebiliriz (TRU DC Yükleri -> Blok Seçenekleri -> Çoklu Alanda). Yakıt pompası için hidrolik pompamızın, hidrolik yüklerimizin olduğunu görüyoruz. Isıtıcı için, sıcaklık değiştikçe o bileşenin davranışını etkileyen sıcaklık etkilerinin dikkate alındığını görüyoruz. Jeneratörümüz senkron makine kullanılarak modellenmiştir ve bu makinenin gerilim alanını ayarlayacak bir kontrol sistemimiz bulunmaktadır.
Uçuş döngüleri, Flight_Cycle_Num adlı bir MATLAB değişkeni kullanılarak seçilir. Ve burada, belirli elektrik ağı bileşenlerinin ne zaman açılıp kapanacağını kontrol eden MATLAB çalışma alanından gelen verileri görüyoruz. Bu çizim (Plot_FC), bileşenlerin açılıp kapatıldığı ilk uçuş döngüsünü gösterir.
Modeli Tuned versiyona ayarlarsak, bu scripti (Test_APN_Model_SHORT) kullanarak modeli çalıştırabilir ve üç farklı uçuş döngüsünde test edebiliriz. İlk uçuş döngüsü sürüyor ve sistemi çeşitli koşullar altında test ediyoruz. Daha sonra modeli otomatik olarak ikinci ve üçüncü uçuş döngüsünü çalıştıracak şekilde yapılandırırız. Bu testlerin tamamlanmasının ardından, bu üç testin sonuçlarını önceki test çalıştırmalarıyla karşılaştıran bir rapora sahip oluyoruz. Raporda modelin ekran görüntülerini, jeneratör çıkışındaki hızı, voltajı ve üretilen gücü gösteren grafiklerin ekran görüntülerini, önceki testlerle karşılaştırma grafiklerini ve ayrıca elektrik şebekesinin kalite analizinin sonuçlarını görebilirsiniz.
Model doğruluğu ile simülasyon hızı arasında bir denge bulmak, simülasyonu etkili bir şekilde kullanmanın anahtarıdır. Modelinize daha fazla ayrıntı ekledikçe modeli hesaplamak ve simüle etmek için gereken süre artar. Modeli çözdüğünüz belirli soruna göre özelleştirmek önemlidir.
Güç kalitesi gibi ayrıntılarla ilgilendiğimizde, güç elektroniği anahtarlaması ve gerçekçi yükler gibi efektler ekliyoruz. Ancak elektrik şebekesindeki çeşitli bileşenlerin enerji üretimi veya tüketimi gibi konularla ilgilendiğimizde karmaşık simülasyon yöntemini, soyut yükleri ve ortalama gerilim modellerini kullanacağız.
Mathworks ürünlerini kullanarak elinizdeki problem için doğru detay seviyesini seçebilirsiniz.
Etkili bir tasarım için hem soyut hem de ayrıntılı bileşen modellerine ihtiyacımız var. Bu seçeneklerin geliştirme sürecimize nasıl uyduğu aşağıda açıklanmıştır:
- Öncelikle modelin soyut versiyonunu kullanarak gereksinimleri netleştiriyoruz.
- Daha sonra bileşeni ayrıntılı olarak tasarlamak için geliştirilmiş gereksinimleri kullanırız.
- Bir bileşenin soyut ve ayrıntılı bir versiyonunu modelimizde birleştirerek bileşenin mekanik sistemler ve kontrol sistemleriyle doğrulanmasına ve birleştirilmesine olanak sağlayabiliriz.
- Son olarak, ayrıntılı modelin simülasyon sonuçlarını soyut modelin parametrelerini ayarlamak için kullanabiliriz. Bu bize hızlı çalışan ve doğru sonuçlar üreten bir model verecektir.
Bu iki seçeneğin (sistem ve detaylı model) birbirini tamamladığını görebilirsiniz. Gereksinimleri netleştirmek için soyut modelle yaptığımız çalışma, ayrıntılı tasarım için gereken yineleme sayısını azaltır. Bu da geliştirme sürecimizi hızlandırıyor. Detaylı modelin simülasyon sonuçları bize hızlı çalışan ve doğru sonuçlar üreten soyut bir model verir. Bu, modelin ayrıntı düzeyi ile simülasyonun gerçekleştirdiği görev arasında bir eşleşme elde etmemizi sağlar.
Dünya çapında birçok şirket karmaşık sistemler geliştirmek için MOS'u kullanıyor. Airbus, A380 için MOP'a dayalı bir yakıt yönetim sistemi geliştiriyor. Bu sistemde 20'den fazla pompa ve 40'tan fazla vana bulunmaktadır. Ortaya çıkabilecek farklı arıza senaryolarının sayısını hayal edebilirsiniz. Simülasyonu kullanarak her hafta sonu yüz binin üzerinde test gerçekleştirebilirler. Bu onlara, arıza senaryosu ne olursa olsun, kontrol sistemlerinin bunu halledebileceğine dair güven verir.
Artık modelimize ve simülasyon hedeflerimize genel bir bakış gördüğümüze göre tasarım sürecine geçebiliriz. Sistem gereksinimlerini açıklığa kavuşturmak için soyut bir model kullanarak başlayacağız. Bu rafine gereksinimler ayrıntılı tasarım için kullanılacaktır.
Gereksinim dokümanlarının geliştirme sürecine nasıl entegre edileceğini göreceğiz. Sistemimizin tüm gerekliliklerini özetleyen geniş bir gereksinimler belgemiz var. Gereksinimleri projenin bütünüyle karşılaştırmak ve projenin bu gereksinimleri karşıladığından emin olmak oldukça zordur.
SLVNV'yi kullanarak gereksinim belgelerini ve modeli Simulink'te doğrudan bağlayabilirsiniz. Doğrudan modelden doğrudan gereksinimlere giden bağlantılar oluşturabilirsiniz. Bu, modelin belirli bir bölümünün belirli bir gereksinimle ilgili olduğunu ve bunun tersinin doğrulanmasını kolaylaştırır. Bu iletişim iki yönlüdür. Yani bir gereksinime bakıyorsak, bu gereksinimin nasıl karşılandığını görmek için hemen bir modele atlayabiliriz.
Artık gereksinimler belgesini iş akışına entegre ettiğimize göre, elektrik şebekesine ilişkin gereksinimleri iyileştireceğiz. Özellikle jeneratörler ve iletim hatları için çalışma, pik ve tasarım yükü gereksinimlerine bakacağız. Bunları çok çeşitli şebeke koşullarında test edeceğiz. Onlar. farklı uçuş döngüleri sırasında, farklı yükler açılıp kapatıldığında. Sadece güce odaklandığımız için güç elektroniğindeki anahtarlamaları ihmal edeceğiz. Bu nedenle soyut modelleri ve basitleştirilmiş simülasyon yöntemlerini kullanacağız. Bu, modeli ihtiyacımız olmayan ayrıntıları göz ardı edecek şekilde ayarlayacağımız anlamına gelir. Bu, simülasyonun daha hızlı çalışmasını sağlayacak ve uzun uçuş döngüleri sırasında koşulları test etmemize olanak tanıyacak.
Bir direnç, kapasitans ve endüktans zincirinden geçen alternatif bir akım kaynağımız var. Devrede bir süre sonra açılıp tekrar kapanan bir anahtar bulunmaktadır. Simülasyonu çalıştırırsanız sonuçları sürekli çözücüyle görebilirsiniz. (V1) Anahtarın açılıp kapanmasıyla ilgili salınımların doğru şekilde görüntülendiğini görebilirsiniz.
Şimdi ayrık moda geçelim. PowerGui bloğuna çift tıklayın ve Çözücü sekmesinde ayrık çözücüyü seçin. Artık ayrık çözücünün seçildiğini görebilirsiniz. Simülasyona başlayalım. Sonuçların artık hemen hemen aynı olduğunu göreceksiniz, ancak doğruluk seçilen örnekleme hızına bağlıdır.
Artık karmaşık simülasyon modunu seçebilir, çözümü yalnızca belirli bir frekansta elde edildiği için frekansı ayarlayabilir ve simülasyonu yeniden çalıştırabilirim. Yalnızca sinyal genliklerinin görüntülendiğini göreceksiniz. Bu bloğa tıklayarak, modeli her üç simülasyon modunda da sırayla çalıştıracak ve ortaya çıkan grafikleri birbirinin üzerine çizecek bir MATLAB betiğini çalıştırabilirim. Akım ve gerilime daha yakından bakarsak, ayrık sonuçların sürekli sonuçlara yakın olduğunu ancak tamamen örtüştüğünü göreceğiz. Akıma bakarsanız simülasyonun ayrık modunda fark edilmeyen bir tepe noktası olduğunu görebilirsiniz. Ve karmaşık modun yalnızca genliği görmenize izin verdiğini görüyoruz. Çözücü adımına baktığınızda, karmaşık çözücünün yalnızca 56 adıma ihtiyaç duyduğunu, diğer çözücülerin ise simülasyonu tamamlamak için çok daha fazla adıma ihtiyaç duyduğunu görebilirsiniz. Bu, karmaşık simülasyon modunun diğer modlardan çok daha hızlı çalışmasına olanak sağladı.
Uygun bir simülasyon modunu seçmenin yanı sıra, uygun düzeyde ayrıntıya sahip modellere de ihtiyacımız var. Bir elektrik ağındaki bileşenlerin güç gereksinimlerini açıklığa kavuşturmak için genel uygulamaya yönelik soyut modeller kullanacağız. Dinamik Yük bloğu, bir bileşenin ağda tükettiği veya ürettiği aktif ve reaktif gücü belirlememizi sağlar.
Başlangıçtaki gereksinimlere dayalı olarak reaktif ve aktif güç için bir başlangıç soyut modeli tanımlayacağız. Kaynak olarak İdeal kaynak bloğunu kullanacağız. Bu, ağdaki voltajı ayarlamanıza olanak tanır ve bunu jeneratörün parametrelerini belirlemek ve ne kadar güç üretmesi gerektiğini anlamak için kullanabilirsiniz.
Daha sonra, bir jeneratör ve iletim hatlarının güç gereksinimlerini iyileştirmek için simülasyonu nasıl kullanacağınızı göreceksiniz.
Ağdaki bileşenler için güç değerini ve güç faktörünü içeren bir başlangıç gereksinimlerimiz var. Ayrıca bu ağın çalışabileceği çeşitli koşullarımız var. Bu başlangıç gerekliliklerini çok çeşitli koşullar altında test ederek iyileştirmek istiyoruz. Bunu, modeli soyut yükleri ve kaynakları kullanacak şekilde ayarlayarak ve gereksinimleri çok çeşitli çalışma koşulları altında test ederek yapacağız.
Modeli soyut yük ve jeneratör modellerini kullanacak şekilde yapılandıracağız ve çok çeşitli çalışma koşullarında üretilen ve tüketilen gücü göreceğiz.
Şimdi devam edeceğiz detaylı tasarım. Tasarımı detaylandırmak için rafine edilmiş gereksinimleri kullanacağız ve entegrasyon sorunlarını tespit etmek için bu ayrıntılı bileşenleri sistem modeliyle birleştireceğiz.
Günümüzde uçakta elektrik üretmek için çeşitli seçenekler mevcuttur. Tipik olarak jeneratör bir gaz türbini ile iletişim yoluyla çalıştırılır. Türbin değişken bir frekansta döner. Şebekenin sabit bir frekansı olması gerekiyorsa, değişken türbin mili hızından ağda sabit bir frekansa geçiş yapılması gerekir. Bu, jeneratörün yukarı akışında entegre bir sabit hızlı sürücü kullanılarak veya değişken frekanslı AC'yi sabit frekanslı AC'ye dönüştürmek için güç elektroniği kullanılarak yapılabilir. Şebekedeki frekansın değişebildiği ve şebekedeki yüklerde enerji dönüşümünün gerçekleştiği değişken frekanslı sistemler de mevcuttur.
Bu seçeneklerin her biri, enerjiyi dönüştürmek için bir jeneratör ve güç elektroniği gerektirir.
Değişken hızda dönen bir gaz türbinimiz var. Bu türbin, değişken frekansta alternatif akım üreten jeneratör şaftını döndürmek için kullanılır. Bu değişken frekansı sabit bir frekansa dönüştürmek için çeşitli güç elektroniği seçenekleri kullanılabilmektedir. Bu farklı seçenekleri değerlendirmek istiyoruz. Bu SPS kullanılarak yapılabilir.
Sistemimiz için hangi seçeneğin en iyi olduğunu değerlendirmek için bu sistemlerin her birini modelleyebilir ve farklı koşullar altında simülasyonlar çalıştırabiliriz. Modele geçelim ve bunun nasıl yapıldığını görelim.
İşte üzerinde çalıştığımız model. Gaz türbini şaftından gelen değişken hız jeneratöre iletilir. Siklokonvertör ise sabit frekansta alternatif akım üretmek için kullanılır. Simülasyonu çalıştırırsanız modelin nasıl davrandığını göreceksiniz. Üstteki grafik bir gaz türbininin değişken hızını göstermektedir. Frekansın değiştiğini görüyorsunuz. İkinci grafikteki bu sarı sinyal, jeneratör çıkışındaki fazlardan birinden gelen voltajdır. Bu sabit frekanslı alternatif akım, güç elektroniği kullanılarak değişken hızdan oluşturulur.
AC yüklerinin nasıl tanımlandığına bakalım. Bizimki bir lambaya, bir hidrolik pompaya ve bir aktüatöre bağlı. Bu bileşenler SPS'den alınan bloklar kullanılarak modellenmiştir.
SPS'deki bu blokların her biri, farklı bileşen konfigürasyonlarına uyum sağlamanıza ve modelinizdeki ayrıntı düzeyini ayarlamanıza olanak tanıyan konfigürasyon ayarlarını içerir.
Modelleri, her bileşenin ayrıntılı bir sürümünü çalıştıracak şekilde yapılandırdık. Dolayısıyla, AC yüklerini modellemek için çok fazla gücümüz var ve ayrıntılı bileşenleri ayrık modda simüle ederek, elektrik ağımızda olup bitenler hakkında çok daha fazla ayrıntı görebiliriz.
Modelin detaylı versiyonuyla gerçekleştireceğimiz görevlerden biri de elektrik enerjisinin kalitesinin analizidir.
Sisteme bir yük getirildiğinde, gerilim kaynağında dalga şekli bozulmasına neden olabilir. Bu ideal bir sinüzoiddir ve yükler sabitse böyle bir sinyal jeneratörün çıkışında olacaktır. Ancak açılıp kapatılabilen bileşenlerin sayısı arttıkça bu dalga biçimi bozulabilir ve bu kadar küçük aşmalara neden olabilir.
Gerilim kaynağındaki dalga biçimindeki bu ani yükselmeler sorunlara neden olabilir. Bu, güç elektroniğindeki anahtarlama nedeniyle jeneratörün aşırı ısınmasına yol açabilir, bu durum büyük nötr akımları oluşturabilir ve ayrıca güç elektroniğinde gereksiz anahtarlamalara neden olabilir çünkü sinyaldeki bu sıçramayı beklemiyorlar.
Harmonik Bozulma, AC elektrik gücünün kalitesinin bir ölçüsünü sunar. Bu oranın değişen ağ koşullarında ölçülmesi önemlidir çünkü kalite, hangi bileşenin açılıp kapatıldığına bağlı olarak değişecektir. Bu oranın MathWorks araçlarını kullanarak ölçülmesi kolaydır ve çok çeşitli koşullar altında test edilmek üzere otomatikleştirilebilir.
THD hakkında daha fazla bilgiyi şu adreste bulabilirsiniz: .
Daha sonra nasıl gerçekleştirileceğini göreceğiz Simülasyon kullanarak güç kalitesi analizi.
Bir uçağın elektrik ağının bir modeline sahibiz. Ağdaki çeşitli yükler nedeniyle jeneratör çıkışındaki gerilim dalga biçimi bozulur. Bu da gıda kalitesinin bozulmasına neden olur. Bu yüklerin bağlantısı uçuş döngüsü boyunca çeşitli zamanlarda kesilir ve devreye alınır.
Bu ağın güç kalitesini farklı koşullar altında değerlendirmek istiyoruz. Bunun için THD'yi otomatik olarak hesaplamak için SPS ve MATLAB kullanacağız. Oranı bir GUI kullanarak etkileşimli olarak hesaplayabiliriz veya otomasyon için bir MATLAB betiği kullanabiliriz.
Bunu size bir örnekle göstermek için modele geri dönelim. Uçak elektrik şebekesi modelimiz jeneratör, AC bara, AC yükler, trafo-doğrultucu ve DC yüklerden oluşmaktadır. Şebekenin farklı noktalarındaki güç kalitesini farklı koşullar altında ölçmek istiyoruz. Başlangıç olarak, bunu yalnızca jeneratör için etkileşimli olarak nasıl yapacağınızı göstereceğim. Daha sonra size MATLAB kullanarak bu süreci nasıl otomatikleştireceğinizi göstereceğim. THD'yi hesaplamak için gerekli verileri toplamak amacıyla ilk önce bir simülasyon çalıştıracağız.
Bu grafik (Gen1_Vab) jeneratörün fazlar arasındaki voltajı gösterir. Gördüğünüz gibi bu mükemmel bir sinüs dalgası değil. Bu, ağın güç kalitesinin ağdaki bileşenlerden etkilendiği anlamına gelir. Simülasyon tamamlandıktan sonra THD'yi hesaplamak için Hızlı Fourier Dönüşümünü kullanacağız. Powergui bloğunu açıp FFT analiz aracını açacağız. Aracın simülasyon sırasında kaydettiğim verilerle otomatik olarak yüklendiğini görebilirsiniz. FFT penceresini seçeceğiz, frekansı ve aralığı belirleyip sonuçları görüntüleyeceğiz. Harmonik distorsiyon faktörünün %2.8 olduğunu görebilirsiniz. Burada çeşitli harmoniklerin katkısını görebilirsiniz. Harmonik distorsiyon katsayısını interaktif olarak nasıl hesaplayabileceğinizi gördünüz. Ancak katsayıyı farklı koşullar altında ve ağdaki farklı noktalarda hesaplamak için bu süreci otomatikleştirmek istiyoruz.
Şimdi DC yüklerini modellemek için mevcut seçeneklere bakacağız.
Saf elektriksel yüklerin yanı sıra elektriksel ve termal etkiler, elektriksel, mekanik ve hidrolik gibi farklı mühendislik alanlarından öğeler içeren multidisipliner yükleri de modelleyebiliyoruz.
DC devremiz trafo-doğrultucu, lambalar, ısıtıcı, yakıt pompası ve aküden oluşmaktadır. Ayrıntılı modeller diğer alanlardan gelen etkileri hesaba katabilir; örneğin bir ısıtıcı modeli, sıcaklık değiştikçe elektrikli parçanın davranışındaki değişiklikleri hesaba katar. Yakıt pompası, bileşenin davranışı üzerindeki etkilerini görmek için diğer alanlardan gelen etkileri de hesaba katar. Size neye benzediğini göstermek için modele geri döneceğim.
Bu bizim çalıştığımız model. Gördüğünüz gibi, artık transformatör-doğrultucu ve DC ağı tamamen elektrikseldir, yani. yalnızca elektriksel etki alanından gelen etkiler dikkate alınır. Bu ağdaki bileşenlerin elektriksel modellerini basitleştirdiler. Bu sistemin diğer mühendislik alanlarındaki etkileri de hesaba katan bir versiyonunu (TRU DC Yükleri -> Çoklu Alan) seçebiliriz. Ağda aynı bileşenlere sahip olduğumuzu görüyorsunuz, ancak elektrikli modellerin sayısı yerine başka etkiler ekledik - örneğin vurucu için sıcaklığın davranış üzerindeki etkisini hesaba katan bir sıcaklık fiziksel ağı. Pompada artık pompaların hidrolik etkilerini ve sistemdeki diğer yükleri dikkate alıyoruz.
Modelde gördüğünüz bileşenler Simscape kütüphane bloklarından bir araya getirilmiştir. Elektrik, hidrolik, manyetik ve diğer disiplinlerin muhasebeleştirilmesi için bloklar vardır. Bu blokları kullanarak multidisipliner dediğimiz modelleri oluşturabilirsiniz. çeşitli fiziksel ve mühendislik disiplinlerinden gelen etkileri dikkate alarak.
Diğer alanlardan gelen etkiler elektrik şebekesi modeline entegre edilebilir.
Simscape blok kütüphanesi, hidrolik veya sıcaklık gibi diğer alanlardaki etkileri simüle etmeye yönelik bloklar içerir. Bu bileşenleri kullanarak daha gerçekçi ağ yükleri oluşturabilir ve ardından bu bileşenlerin çalışabileceği koşulları daha doğru bir şekilde tanımlayabilirsiniz.
Bu unsurları birleştirerek daha karmaşık bileşenler oluşturabileceğiniz gibi, Simscape dilini kullanarak yeni özel disiplinler veya alanlar da oluşturabilirsiniz.
Özel Simscape uzantılarında daha gelişmiş bileşenler ve parametrelendirme ayarları mevcuttur. Bu kütüphanelerde verim kayıpları ve sıcaklık etkileri gibi etkilerin dikkate alındığı daha karmaşık ve ayrıntılı bileşenler mevcuttur. Ayrıca SimMechanics'i kullanarak 3 boyutlu ve çok gövdeli sistemleri modelleyebilirsiniz.
Artık ayrıntılı tasarımı tamamladığımıza göre, ayrıntılı simülasyonların sonuçlarını soyut modelin parametrelerini ayarlamak için kullanacağız. Bu bize, ayrıntılı bir simülasyonun sonuçlarıyla eşleşen sonuçları üretmeye devam ederken hızlı çalışan bir model verecektir.
Geliştirme sürecine soyut bileşen modelleriyle başladık. Artık detaylı modellerimiz olduğuna göre, bu soyut modellerin benzer sonuçlar ürettiğinden emin olmak istiyoruz.
Yeşil, aldığımız ilk gereksinimleri gösterir. Burada maviyle gösterilen soyut modelin sonuçlarının, kırmızıyla gösterilen ayrıntılı model simülasyonunun sonuçlarına yakın olmasını istiyoruz.
Bunu yapmak için giriş sinyalini kullanarak soyut model için aktif ve reaktif güçleri tanımlayacağız. Aktif ve reaktif güç için ayrı değerler kullanmak yerine parametreli bir model oluşturacağız ve bu parametreleri, soyut model simülasyonundan elde edilen aktif ve reaktif güç eğrilerinin ayrıntılı modelle eşleşecek şekilde ayarlayacağız.
Daha sonra soyut modelin ayrıntılı modelin sonuçlarına uyacak şekilde nasıl ayarlanabileceğini göreceğiz.
Bu bizim görevimiz. Elektrik ağındaki bir bileşenin soyut bir modeline sahibiz. Böyle bir kontrol sinyali uyguladığımızda çıkış aktif ve reaktif güç için aşağıdaki sonucu verir.
Aynı sinyali detaylı bir modelin girişine uyguladığımızda aşağıdaki gibi sonuçlar elde ederiz.
Soyut modeli sistem modelini hızlı bir şekilde yinelemek için kullanabilmemiz için soyut ve ayrıntılı modelin simülasyon sonuçlarının tutarlı olmasına ihtiyacımız var. Bunu yapmak için, sonuçlar eşleşene kadar soyut modelin parametrelerini otomatik olarak ayarlayacağız.
Bunu yapmak için soyut ve ayrıntılı modellerin sonuçları eşleşene kadar parametreleri otomatik olarak değiştirebilen SDO'yu kullanacağız.
Bu ayarları yapılandırmak için aşağıdaki adımları takip edeceğiz.
- Öncelikle detaylı modelin simülasyon çıktılarını içe aktarıyoruz ve bu verileri parametre tahmini için seçiyoruz.
- Daha sonra hangi parametrelerin yapılandırılması gerektiğini belirleyeceğiz ve parametre aralıklarını ayarlayacağız.
- Daha sonra, sonuçlar eşleşene kadar SDO'nun parametreleri ayarlamasıyla parametreleri değerlendireceğiz.
- Son olarak parametre tahmin sonuçlarını doğrulamak için diğer girdi verilerini kullanabiliriz.
Paralel hesaplamayı kullanarak simülasyonları dağıtarak geliştirme sürecini önemli ölçüde hızlandırabilirsiniz.
Çok çekirdekli bir işlemcinin farklı çekirdekleri veya bilgi işlem kümeleri üzerinde ayrı simülasyonlar çalıştırabilirsiniz. Birden fazla simülasyon çalıştırmanızı gerektiren bir göreviniz varsa (örneğin, Monte Carlo analizi, parametre uydurma veya birden fazla uçuş döngüsünü çalıştırma), bu simülasyonları yerel çok çekirdekli bir makinede veya bilgisayar kümesinde çalıştırarak dağıtabilirsiniz.
Çoğu durumda bu, koddaki for döngüsünü paralel bir for döngüsü olan parfor ile değiştirmekten daha zor olmayacaktır. Bu, simülasyonların çalıştırılmasında önemli bir hızlanmaya yol açabilir.
Bir uçağın elektrik ağının bir modeline sahibiz. Bu ağı, uçuş döngüleri, aksamalar ve hava koşulları da dahil olmak üzere çok çeşitli çalışma koşulları altında test etmek istiyoruz. Bu testleri hızlandırmak için PCT'yi, çalıştırmak istediğimiz her test için modeli ayarlamak için MATLAB'ı kullanacağız. Daha sonra simülasyonları bilgisayarımın farklı çekirdeklerine dağıtacağız. Paralel testlerin sıralı testlere göre çok daha hızlı tamamlandığını göreceğiz.
İzlememiz gereken adımlar aşağıdadır.
- Öncelikle parpool komutunu kullanarak çalışan süreçlerinden veya MATLAB çalışanlarından oluşan bir havuz oluşturacağız.
- Daha sonra çalıştırmak istediğimiz her test için parametre setleri oluşturacağız.
- Simülasyonları önce sırayla, birbiri ardına çalıştıracağız.
- Daha sonra bunu simülasyonların paralel çalıştırılmasıyla karşılaştırın.
Sonuçlara göre paralel modda toplam test süresi sıralı moda göre yaklaşık 4 kat daha azdır. Grafiklerde güç tüketiminin genel olarak beklenen seviyede olduğunu gördük. Görünür zirveler, tüketiciler açılıp kapatıldığında farklı ağ koşullarıyla ilgilidir.
Simülasyonlar, simülasyonları farklı bilgisayar çekirdeklerine dağıtarak hızlı bir şekilde gerçekleştirebildiğimiz birçok testi içeriyordu. Bu, gerçekten geniş bir yelpazedeki uçuş koşullarını değerlendirmemize olanak sağladı.
Artık geliştirme sürecinin bu bölümünü tamamladığımıza göre, her adım için dokümantasyon oluşturmayı nasıl otomatikleştirebileceğimizi, testleri nasıl otomatik olarak çalıştırabileceğimizi ve sonuçları nasıl belgeleyebileceğimizi göreceğiz.
Sistem tasarımı her zaman yinelenen bir süreçtir. Bir projede değişiklik yapıyoruz, değişikliği test ediyoruz, sonuçları değerlendiriyoruz ve ardından yeni bir değişiklik yapıyoruz. Sonuçların ve değişikliklerin gerekçelerinin belgelenmesi süreci uzun zaman alır. Bu işlemi SLRG kullanarak otomatikleştirebilirsiniz.
SLRG'yi kullanarak testlerin yürütülmesini otomatikleştirebilir ve ardından bu testlerin sonuçlarını bir rapor biçiminde toplayabilirsiniz. Rapor, test sonuçlarının değerlendirilmesini, model ve grafiklerin ekran görüntülerini, C ve MATLAB kodunu içerebilir.
Bu sunumun önemli noktalarını hatırlatarak bitireceğim.
- Simülasyon modları ve model soyutlama seviyeleri de dahil olmak üzere, model doğruluğu ile simülasyon hızı arasında bir denge bulmak için modeli ayarlamak için birçok fırsat gördük.
- Optimizasyon algoritmalarını ve paralel hesaplamayı kullanarak simülasyonları nasıl hızlandırabileceğimizi gördük.
- Son olarak MATLAB'da simülasyon ve analiz görevlerini otomatikleştirerek geliştirme sürecini nasıl hızlandırabileceğimizi gördük.
Materyalin yazarı — Mikhail Peselnik, mühendis .
Bu web seminerine bağlantı
Kaynak: habr.com