Software: SimX - Nadelantrieb - Struktur-Optimierung - Struktur-Modifikation: Unterschied zwischen den Versionen
KKeine Bearbeitungszusammenfassung |
KKeine Bearbeitungszusammenfassung |
||
(32 dazwischenliegende Versionen von 3 Benutzern werden nicht angezeigt) | |||
Zeile 1: | Zeile 1: | ||
{{DISPLAYTITLE:<span style="position: absolute; clip: rect(1px 1px 1px 1px); clip: rect(1px, 1px, 1px, 1px);">{{FULLPAGENAME}}</span>}} | |||
[[Software:_SimX_-_Nadelantrieb_-_Struktur-Optimierung|↑]] <div align="center"> [[Software:_SimX_-_Nadelantrieb_-_Struktur-Optimierung_-_Schwachstellen-Analyse|←]] [[Software:_SimX_-_Nadelantrieb_-_Struktur-Optimierung_-_Nennwert-Optimierung|→]] </div> | [[Software:_SimX_-_Nadelantrieb_-_Struktur-Optimierung|↑]] <div align="center"> [[Software:_SimX_-_Nadelantrieb_-_Struktur-Optimierung_-_Schwachstellen-Analyse|←]] [[Software:_SimX_-_Nadelantrieb_-_Struktur-Optimierung_-_Nennwert-Optimierung|→]] </div> | ||
<div align="center">''' Struktur-Modifikation (Modell) '''</div> | <div align="center">''' Struktur-Modifikation (Modell) '''</div> | ||
Ausgehend vom Nennwert-optimierten Modell, welches wir in der ''Etappe4'' probabilistisch untersucht haben, erstellen wir als Kopie ein Modell '''Etappe5_xx.isx''' (mit '''xx'''=Teilnehmer 00..99). An diesem Modell nehmen wir kleine Struktur-Änderungen vor, um die Schwachstellen unserer bisherigen Lösung zu beheben. | |||
'''''Hinweis zur SimulationX-Studentenversion:''''' | |||
* Die Anzahl zulässiger Zustandsgrößen beträgt im Simulationsmodell nur 15. Um die zusätzlichen Elemente zur Strom-/Spannungsbegrenzung ergänzen zu können, muss man anderweitig im Modell Zustandsgrößen einsparen: | |||
*# Der Anschlag muss als elastischer Anschlag konfiguriert sein (Wie in [[Software:_SimX_-_Nadelantrieb_-_Geometrie_und_Waerme_-_Waermemodell|'''Etappe3''']] beschrieben!). | |||
*# Die Diode ist, auch wegen der nummerischen Probleme, durch einen "Draht" zu ersetzenden. | |||
=== Strombegrenzung === | === Strombegrenzung === | ||
Wir | Wir greifen die naheliegende Idee auf und versehen das Netzteil mit einem Strombegrenzungselement '''''iGrenz''''':<div align="center"> [[Bild:Software_SimX_-_Nadelantrieb_-_Struktur-Optimierung_-_elektroschaltung.gif| ]] </div> | ||
<div align="center"> [[Bild:Software_SimX_-_Nadelantrieb_-_Struktur-Optimierung_-_elektroschaltung.gif| ]] </div> | |||
* Leider enthält die Modell-Bibliothek keinen Strombegrenzer als Elementtyp, so dass wir selbst ein solches Element entwickeln müssen. | * Leider enthält die Modell-Bibliothek keinen Strombegrenzer als Elementtyp, so dass wir selbst ein solches Element entwickeln müssen. | ||
* Wir benutzten dafür einen normalen elektrischen Widerstand, | * Wir benutzten dafür direkt einen normalen elektrischen Widerstand, dessen Widerstandswert '''R''' sich in Abhängigkeit vom durchfließenden Strom ändern soll:<div align="center"> '''R=| i / i<sub>Grenz</sub> |<sup>512</sup>''' </div> | ||
<div align="center"> '''R=| i / i<sub>Grenz</sub> |<sup>512</sup>''' </div> | * Der Wert für den Maximalstrom '''iGrenz''' wird im '''Geometrie'''-Element als zusätzlicher Parameter definiert. | ||
:# Für i<i<sub>Grenz</sub> geht der Widerstandswert gegen Null. | :# Für i<i<sub>Grenz</sub> geht der Widerstandswert gegen Null. | ||
:# Für i>i<sub>Grenz</sub> nimmt der Widerstandswert große Werte an, um den Strom zu begrenzen. | :# Für i>i<sub>Grenz</sub> nimmt der Widerstandswert große Werte an, um den Strom zu begrenzen. | ||
* Der '''Exponent=512''' hat sich als numerisch günstiger | * Der '''Exponent=512''' hat sich als numerisch günstiger Kompromiss zwischen numerischer Stabilität und Begrenzungsfunktion erwiesen. | ||
* Insbesondere der 2. Fall führt infolge der Exponentialfunktion im Zusammenspiel mit den Eigenarten der numerischen Simulation schnell zu numerischen Problemen. Deshalb erfolgt für den Widerstandsparameter '''iGrenz.R''' eine Begrenzung der Exponentialfunktion unter Berücksichtigung der Ereignisbehandlung: | * Insbesondere der 2. Fall führt infolge der Exponentialfunktion im Zusammenspiel mit den Eigenarten der numerischen Simulation schnell zu numerischen Problemen. Deshalb erfolgt für den Widerstandsparameter '''iGrenz.R''' eine Begrenzung der Exponentialfunktion unter Berücksichtigung der Ereignisbehandlung: | ||
if noEvent(abs(i/Geometrie.iGrenz)< | if noEvent(abs(self.i/Geometrie.iGrenz)<1.1)then pow(abs(self.i/Geometrie.iGrenz), 512)else pow(1.1,512) | ||
=== Spannungsbegrenzung === | === Spannungsbegrenzung === | ||
Würde man den Schutz-Widerstand wie bisher in die Nennwert-Optimierung einbeziehen, so wird das Abschalten der Spule wahrscheinlich nicht beim Maximalstrom erfolgen: | Würde man den Schutz-Widerstand wie bisher in die Nennwert-Optimierung einbeziehen, so wird das Abschalten der Spule wahrscheinlich nicht beim Maximalstrom erfolgen: | ||
* Damit kann weiterhin eine zu hohe Abschaltspannung auftreten (z.B. bei Behinderung des Prägens). | * Damit kann weiterhin eine zu hohe Abschaltspannung auftreten (z.B. bei Behinderung des Prägens). | ||
* Diese Abschaltspannung ist dann ca. doppelt so groß wie | * Diese Abschaltspannung ist dann ca. doppelt so groß wie zulässig und würde wahrscheinlich zur Zerstörung der Spule führen. | ||
Falls man ein zusätzliches Begrenzer-Element für die Spannung vermeiden will, so muss man den Abschaltwiderstand so dimensionieren, dass bei max. zulässigem Strom höchstens die max. zulässige Spannung anliegt:<div align="center"> '''Widerstand.R = v<sub>Grenz</sub>/i<sub>Grenz</sub> ''' </div> | |||
<div align="center"> '''Widerstand.R = v<sub>Grenz</sub>/i<sub>Grenz</sub> ''' </div> | * Der Wert für die Maximalspannung '''vGrenz''' wird ebenfalls im '''Geometrie'''-Element als zusätzlicher Parameter definiert. | ||
* Der Wert für die Maximalspannung '''vGrenz''' wird im Geometrie-Element als zusätzlicher Parameter definiert. | * Der Wert des Schutz-Widerstandes ist nun durch die laut Anforderungsliste gegebenen elektrischen Grenzwerte vollständig bestimmbar. Deshalb muss er nicht mehr als Entwurfsparameter in den folgenden Optimierungsschritten berücksichtigt werden. Liegt der berechnete Wert außerhalb z.B. der [https://de.wikipedia.org/wiki/Widerstandsreihe '''E24-Widerstandsreihe'''], so könnte man ihn technisch z.B. durch Parallelschaltung zweier E24-Widerstände kostengünstig realisieren! | ||
Der Wert des Schutz-Widerstandes ist nun durch die laut Anforderungsliste gegebenen elektrischen Grenzwerte vollständig bestimmbar. Deshalb muss er nicht mehr als Entwurfsparameter in den folgenden Optimierungsschritten berücksichtigt werden. | |||
<div align="center"> [[Software:_SimX_-_Nadelantrieb_-_Struktur-Optimierung_-_Schwachstellen-Analyse|←]] [[Software:_SimX_-_Nadelantrieb_-_Struktur-Optimierung_-_Nennwert-Optimierung|→]] </div> | <div align="center"> [[Software:_SimX_-_Nadelantrieb_-_Struktur-Optimierung_-_Schwachstellen-Analyse|←]] [[Software:_SimX_-_Nadelantrieb_-_Struktur-Optimierung_-_Nennwert-Optimierung|→]] </div> |
Version vom 27. November 2019, 10:19 Uhr
Ausgehend vom Nennwert-optimierten Modell, welches wir in der Etappe4 probabilistisch untersucht haben, erstellen wir als Kopie ein Modell Etappe5_xx.isx (mit xx=Teilnehmer 00..99). An diesem Modell nehmen wir kleine Struktur-Änderungen vor, um die Schwachstellen unserer bisherigen Lösung zu beheben.
Hinweis zur SimulationX-Studentenversion:
- Die Anzahl zulässiger Zustandsgrößen beträgt im Simulationsmodell nur 15. Um die zusätzlichen Elemente zur Strom-/Spannungsbegrenzung ergänzen zu können, muss man anderweitig im Modell Zustandsgrößen einsparen:
- Der Anschlag muss als elastischer Anschlag konfiguriert sein (Wie in Etappe3 beschrieben!).
- Die Diode ist, auch wegen der nummerischen Probleme, durch einen "Draht" zu ersetzenden.
Strombegrenzung
Wir greifen die naheliegende Idee auf und versehen das Netzteil mit einem Strombegrenzungselement iGrenz:
- Leider enthält die Modell-Bibliothek keinen Strombegrenzer als Elementtyp, so dass wir selbst ein solches Element entwickeln müssen.
- Wir benutzten dafür direkt einen normalen elektrischen Widerstand, dessen Widerstandswert R sich in Abhängigkeit vom durchfließenden Strom ändern soll:R=| i / iGrenz |512
- Der Wert für den Maximalstrom iGrenz wird im Geometrie-Element als zusätzlicher Parameter definiert.
- Für i<iGrenz geht der Widerstandswert gegen Null.
- Für i>iGrenz nimmt der Widerstandswert große Werte an, um den Strom zu begrenzen.
- Der Exponent=512 hat sich als numerisch günstiger Kompromiss zwischen numerischer Stabilität und Begrenzungsfunktion erwiesen.
- Insbesondere der 2. Fall führt infolge der Exponentialfunktion im Zusammenspiel mit den Eigenarten der numerischen Simulation schnell zu numerischen Problemen. Deshalb erfolgt für den Widerstandsparameter iGrenz.R eine Begrenzung der Exponentialfunktion unter Berücksichtigung der Ereignisbehandlung:
if noEvent(abs(self.i/Geometrie.iGrenz)<1.1)then pow(abs(self.i/Geometrie.iGrenz), 512)else pow(1.1,512)
Spannungsbegrenzung
Würde man den Schutz-Widerstand wie bisher in die Nennwert-Optimierung einbeziehen, so wird das Abschalten der Spule wahrscheinlich nicht beim Maximalstrom erfolgen:
- Damit kann weiterhin eine zu hohe Abschaltspannung auftreten (z.B. bei Behinderung des Prägens).
- Diese Abschaltspannung ist dann ca. doppelt so groß wie zulässig und würde wahrscheinlich zur Zerstörung der Spule führen.
Falls man ein zusätzliches Begrenzer-Element für die Spannung vermeiden will, so muss man den Abschaltwiderstand so dimensionieren, dass bei max. zulässigem Strom höchstens die max. zulässige Spannung anliegt:
- Der Wert für die Maximalspannung vGrenz wird ebenfalls im Geometrie-Element als zusätzlicher Parameter definiert.
- Der Wert des Schutz-Widerstandes ist nun durch die laut Anforderungsliste gegebenen elektrischen Grenzwerte vollständig bestimmbar. Deshalb muss er nicht mehr als Entwurfsparameter in den folgenden Optimierungsschritten berücksichtigt werden. Liegt der berechnete Wert außerhalb z.B. der E24-Widerstandsreihe, so könnte man ihn technisch z.B. durch Parallelschaltung zweier E24-Widerstände kostengünstig realisieren!