Software: System-Simulation - SimulationX

System-Simulation

ist gekennzeichnet durch die Berücksichtigung unterschiedlichster physikalisch-technischer Domänen mit ihren Wechselwirkungen innerhalb eines ganzheitlichen Modells. Man spricht hierbei auch von "multi domain Simulation". Hervorzuheben sind die Standardisierungsbestrebungen zur physikalisch-objektorientierten Modellierung auf Basis der Modellierungssprache Modelica. Aus einem Netzwerk verkoppelter physikalischer Objekte wird durch einen Interpreter ein differenzial-algebraisches Gleichungssystem generiert, welches die Grundlage für die ganzheitliche Dynamik-Simulation bildet.

Dynamik-Simulation

umfasst alle Modelle, welche das zeitliche Verhalten von Systemen unter Berücksichtigung von Speicher-Elementen für Energie, Stoff oder Information nachbilden. Im Folgenden wird nur die Modellierung heterogener Systeme auf der Basis von Elementen mit konzentrierten Parametern behandelt.

Elemente mit konzentrierten Parametern

• bilden reale Objekte z.B. in der Mechanik idealisiert als Punktmassen, Elastizitäten, Übertrager oder Dämpfer ab.
• ermöglichen die Gesamtsystemsimulation inklusive 3D-Mechanik, Hydraulik, Pneumatik, Elektronik, Magnetik und Thermodynamik.
• gehören zu einer physikalisch-objektorientierten Modellierungsphilosophie, wie sie zur Zeit durch die Modellierungssprache Modelica repräsentiert wird.

Es werden Lösungen gezeigt, wie man die Möglichkeiten der probabilistischen Simulation und multikriteriellen Optimierung für die System-Simulation nutzbar machen kann. Das umfasst folgende Problemkreise:

• Methodik zum Aufbau von Dynamik-Modellen mit konstruktiven Parametern,
• Identifikation von Modellparametern,
• Gewinnung vereinfachter Ersatzmodelle aus detaillierten Simulationen bzw. Messungen,
• Aspekte der Behandlung unzulässiger Parameter-Kombinationen,
• Einbindung des Simulationsprogramms in einen Experiment-Workflow,

Markenrechtlicher Hinweis zum Produktnamen "SimulationX"

• Die Seitenbezeichner der folgenden SimulationX-Beispiele enthalten das Kürzel SimX im hierarchisch strukturierten Namen.
• Dabei handelt es sich nicht um den offiziellen Produktnamen!
• "SimX" dient hierbei nur zur Kennzeichnung, dass sich das zugehörige Skript auf die Modellierung und Simulation mittels SimulationX bezieht.

Beispiele

1. Einführungsbeispiel: Geregelter DC-Motor
2. Einführungsbeispiel: Nichtlinearer elektrischer Schwingkreis (Chaos-Simulation)
3. Magnetoptimierung auf Basis von Wandler-Kennfeldern
4. ...

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Übungskomplex "Brailleschrift-Präger"

Die Übungsanleitungen sind Bestandteil der Lehrveranstaltung Optimierung (TU Dresden, Institut für Feinwerktechnik und Elektronik-Design, Dr.-Ing. Alfred Kamusella). Schwerpunkt dieses Übungskomplexes ist die Optimierung eines Magnetantriebs mit Berücksichtigung von Toleranzen vor dem Bau eines ersten materiellen Versuchsmusters unter Nutzung numerischer Modelle:

1. Wirkprinzip-Entscheidung (E-Magnet)
2. Aktor-Dynamik
3. Geometrie und Wärme
4. Probabilistische Simulation
5. Struktur-Optimierung
6. Ausschuss-Minimierung und mehrkriterielle Robust-Optimierung

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Parameter-Identifikation

1. Eisen-Permeabilität als Kennlinie µ(B)
2. ...

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Modellierung physikalischer Effekte

Hier werden Modellansätze vorgestellt, welche sich für die Systemsimulation mechatronischer Systeme als günstig erwiesen haben:

1. Modellierung mechatronischer Systeme: USAN-Hilfedatei → (Simulationssystem USAN auf www.ifte.de)
2. Modellierung eines elastischen Kontaktes in einem MKS-System
3. ...

Das Simulationsprogramm SimulationX der Firma ESI ITI GmbH liegt zur Zeit in der Version 4 vor. Neben den numerischen Qualitäten dieses Programms spricht auch die Bereitstellung einer kostenlosen "Express Edition" z.B. für den Einsatz zu Lehrzwecken (nach Registrierung im ITI-Kundencenter). Die Anleitungen zu den Übungskomplexen beziehen sich noch auf die Version 3.8.2., aber es erfolgt zur Zeit eine Anpassung an die Version 4.