Software: FEM - Tutorial - Magnetfeld - Kennfeld-Nutzung zur System-Simulation: Unterschied zwischen den Versionen
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* Zum Testen speisen wir die Funktionsvariablen Strom '''i''' und Luftspalt '''s''' als Parameter in das Element ein und führen den Funktionswert der Kraft '''F''' als Variable nach außen: | * Zum Testen speisen wir die Funktionsvariablen Strom '''i''' und Luftspalt '''s''' als Parameter in das Element ein und führen den Funktionswert der Kraft '''F''' als Variable nach außen: | ||
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* '''''Achtung:''''' Für diese Komponenten muss man die gleiche Einheit für die physikalischen Größen wählen, wie sie im FE-Modell verwendet wurden. Das bedeutet, die Luftspalt-Werte sind | * '''''Achtung:''''' Für diese Komponenten muss man die gleiche Einheit für die physikalischen Größen wählen, wie sie im FE-Modell verwendet wurden. Das bedeutet, die Luftspalt-Werte sind in '''mm''' einzuspeisen! | ||
* Das F-Kennfeld wird im Element-Typ unter ''Lokale Typen'' als externe Funktion definiert: | * Das F-Kennfeld wird im Element-Typ unter ''Lokale Typen'' als externe Funktion definiert: | ||
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Version vom 16. Oktober 2009, 22:32 Uhr
Verwendete Software
Es soll am Beispiel des Programms SimulationX gezeigt werden, wie der exportierte C-Code mit geringem Aufwand zur System-Simulation eines Magnet-Antriebs genutzt werden kann. Dank gebührt Herrn Tobias Nähring (Mitarbeiter der Firma ITI GmbH) für seine wertvollen Tipps zum Einbinden externer Funktionen in SimulationX-Modelle.
Wir verwenden den freien Gnu-C-Compiler gcc, der Bestandteil der GNU-Compiler Collection ist. Eine Portierung dieser Compiler Collection für Windows läuft unter Cygwin. Von http://www.cygwin.com/ kann man eine aktuelle setup.exe für die Cygwin-Installation kostenlos herunterladen.
Ausführliche Hinweise zur Installation enthält die Installation_Cygwin.pdf von Herrn Sönke Hoffmann (Hochschule Ostwestfalen-Lippe). Von den darin angegebenen Komponenten der Development-Umgebung genügt für unsere Zwecke:
- gcc-core, der C- Compiler,
- make, ein Hilfsprogramm (dass man sicher benötigt)
Hinweis: Im Beispiel konnte bei der Benutzung der Download-Seite der TU-Dresden die Installation nicht vollendet werden, weil etwas fehlte. Ein Wechsel auf die Ruhr-Uni-Bochum führte zum Erfolg!
Die Windows-Systemvariable PATH wird, wie in der Anleitung beschrieben, durch den Verweis auf den cygwin\bin-Ordner erweitert. Damit ist gewährleistet, dass man den C-Compiler im Konsolen-Fenster von Windows direkt aufrufen kann.
Hinweis: Man muss in diesem Verzeichnis nachschauen, welche Version des Compilers installiert ist. In der Beispiel-Installation war es gcc-3.exe, deshalb ist dann der Compiler in der Konsole mit gcc-3 aufzurufen!
Erzeugen einer Windows-DLL
SimulationX bietet die Möglichkeit, externe Funktionen einzubinden, welche sich in einer Windwos-DLL befinden. Deshalb erzeugen wir aus dem vorliegenden c-Quelltext durch Compilieren mit dem gcc eine solche DLL-Datei:
- Der exportierte c-Quelltext der aktuellen OptiY-Version ist noch nicht vollständig kompatibel mit den Anforderungen des gcc und der Schnittstelle zum SimulationX. Das soll sich mit der nächsten OptiY-Version ändern. Bis dahin sind noch folgende Änderungen im Quelltext vorzunehmen:
- Das den Kennfeld-Variablen vorangestellte Zeichen # muss entfernt werden (im Beispiel #i und #s durch i und s ersetzen). Ansonsten kommt es zu einem Syntax-Fehler im gcc-Compiler!
- Der Datentyp float muss überall durch double ersetzt werden (Kompatibilitaetsforderung zu SimulationX).
- Danach hat die Datei Magnet_RSM.c die folgende Form (gekürzt):
double Covariance(double x1[],double x2[],double p[]) { double Co, W; W = 0; for(int i = 0; i<2; i++) { W = W + (x1[i]-x2[i])*(x1[i]-x2[i])*p[i]*p[i]; } Co = exp(-W); return Co; }
double F(double i, float s) { double p[2]; double x1[2]; double x2[2]; double y = -46.7372056; y = y+10.5264863*pow(i,1); y = y+4.62081477*pow(s,1); p[0] = 0.161298213; p[1] = 0.928373134; x1[0] = i; x1[1] = s; x2[0] = 5.01; x2[1] = 2.02; y = y-183.986679*Covariance(x1,x2,p); x2[0] = 0.01; x2[1] = 0.02; y = y-8624.5598*Covariance(x1,x2,p); x2[0] = 2.01; x2[1] = 0.02; y = y+27677.7263*Covariance(x1,x2,p); : : x2[0] = 10.01; x2[1] = 4.02; y = y-1042.30105*Covariance(x1,x2,p); return y; }
double Psi(double i, double s) { double p[2]; double x1[2]; double x2[2]; double y = 0.0189621757; y = y+0.00649675907*pow(i,1); y = y-0.00349272992*pow(s,1); p[0] = 0.590637256; p[1] = 0.777378104; x1[0] = i; x1[1] = s; x2[0] = 5.01; x2[1] = 2.02; y = y-0.000721074847*Covariance(x1,x2,p); x2[0] = 0.01; x2[1] = 0.02; y = y-0.0269366063*Covariance(x1,x2,p); x2[0] = 2.01; x2[1] = 0.02; y = y+0.0298939078*Covariance(x1,x2,p); : : x2[0] = 10.01; x2[1] = 4.02; y = y-0.00522234634*Covariance(x1,x2,p); return y; }
- Man startet die Windows-Konsole (Start - Ausführen - cmd) und wählt als aktuelles Verzeichnis das, worin sich die c-Quelltext-Datei (hier Magnet_RSM.c) befindet.
- Mittels der Kommandozeile (im Beispiel für die Compiler-Version gcc-3):
gcc-3 -mno-cygwin -shared -o Magnet_RSM.dll Magnet_RSM.c
- sollte ohne Fehlermeldung die Datei Magnet_RSM.dll im gleichen Verzeichnis erzeugt werden.
Das Verzeichnis, in dem Magnet_RSM.dll abgelegt wird, muss in die Liste der Verzeichnisse fuer die externen Funktionen von SimulationX eingetragen werden:
- Diese Liste findet man in SimulationX unter Extras->Optionen->Verzeichnisse->Externe Funktionen.
- Entweder man kopiert die .dll-Datei in eines der Standard-Verzeichnisse oder man ergänzt die Liste dieser Verzeichnisse um den aktuell genutzten Ordner.
- Im Prinzip könnte man in der obigen Kommadozeile die .dll-Datei in eines der Standard-Verzeichnisse von SimulationX lenken.
Kennfeld-Testmodell
Bevor man die Kennfelder in ein kompliziertes Antriebsmodell einbindet, sollte man unbedingt ein Testmodell aufbauen, um das richtige Funktionieren zu überprüfen:
- Wir beginnen im SimulationX mit einer neuen Datei, welche wir als Test_Kennfeld.ism speichern.
- Es werden zwei lokale Element-Typen im Modell definiert, welche jeweils eine der Kennfeld-Funktionen bereitstellen. Der Test erfolgt dann durch eine Rastersuche in einem OptiY-Experiment.
- Wir beginnen im SimX-Modell mit dem Elementtyp F_RSM für das Kraft-Kennfeld:
- Als Symbol wird ein 61x61-Pixel-Bild verwendet, welches eine modifizierte Kopie des 2D-Kennfeld-Symbols aus der SimX-Bibliothek darstellt:
- Zum Testen speisen wir die Funktionsvariablen Strom i und Luftspalt s als Parameter in das Element ein und führen den Funktionswert der Kraft F als Variable nach außen:
- Achtung: Für diese Komponenten muss man die gleiche Einheit für die physikalischen Größen wählen, wie sie im FE-Modell verwendet wurden. Das bedeutet, die Luftspalt-Werte sind in mm einzuspeisen!
- Das F-Kennfeld wird im Element-Typ unter Lokale Typen als externe Funktion definiert:
- Durch Bearbeiten der Funktionseigenschaften definiert man den Zugriff auf die c-Function innerhalb der .dll-Datei.
. . .
- Für das Psi-Kennfeld wurde folgendes Symbol verwendet:
===>>> Hier geht es bald weiter!!!