Software: System-Simulation - SimulationX: Unterschied zwischen den Versionen

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'''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 [https://de.wikipedia.org/wiki/Modelica ''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.


'''Einführungsbeispiele'''
# [[Software:_SimX_-_Einfuehrung_-_DC-Motor|'''Geregelter DC-Motor (vereinfacht)''']]
# '''...'''


'''Übungskomplex "Brailleschrift-Präger"'''
'''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 [https://de.wikipedia.org/wiki/Modelica ''Modelica''] repräsentiert wird.
 


Schwerpunkt dieses Übungskomplexes ist die Optimierung eines Magnetantriebs unter Berücksichtigung von Toleranzen vor dem Bau eines ersten Versuchsmusters. In Vorbereitung auf das Herbstsemester 2009/2010 wird das bisher sehr einfach gehaltene Magnetmodell durch eine praxisrelevante Struktur ersetzt. Zusätzlich soll die Wirkung von Wirbelströmen und magnetischer Hysterese des Eisenmaterials im Modell erfasst werden:
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:
# [[Software:_SimX_-_Nadelantrieb_-_Wirkprinzip|'''Wirkprinzip-Entscheidung (E-Magnet)''' &larr; wird z.Z. überarbeitet!]]
* Methodik zum Aufbau von Dynamik-Modellen mit konstruktiven Parametern,
# Aktor-Dynamik mit Wandlergeometrie
* Identifikation von Modellparametern,
# Wirbelstrom und magnetische Hysterese
* Gewinnung vereinfachter Ersatzmodelle aus detaillierten Simulationen bzw. Messungen,
# Probabilistische Simulation
* Aspekte der Behandlung unzulässiger Parameter-Kombinationen,
# Lastbegrenzung (Strom, Spannung)
* Einbindung des Simulationsprogramms in einen Experiment-Workflow,
# Mehrkriterielle Robust-Optimierung


Während der Überarbeitung der Scripte steht die ältere Fassung noch in Form von PDF-Dateien zur Verfügung:
'''Markenrechtlicher Hinweis zum Produktnamen "SimulationX"'''
# [[Software:_SimX_-_Nadelantrieb_-_Wirkprinzip|'''Wirkprinzip-Entscheidung (E-Magnet)''']] &rarr; [http://www.optiyummy.de/images/Software_SimX_-_1_Nadelantrieb_-_Wirkprinzip.pdf PDF ''(Stand 06.07.2009)'']
* Die Seitenbezeichner der folgenden '''SimulationX'''-Beispiele enthalten das Kürzel '''SimX''' im hierarchisch strukturierten Namen.
# [[Software:_SimX_-_Nadelantrieb_-_Aktordynamik|'''Aktor-Dynamik ("ohne" Wandlergeometrie)''']] &rarr; [http://www.optiyummy.de/images/Software_SimX_-_2_Nadelantrieb_-_Aktordynamik.pdf PDF ''(Stand 06.07.2009)'']
* Dabei handelt es sich nicht um den offiziellen Produktnamen!
# [[Software:_SimX_-_Nadelantrieb_-_Geometrie_und_Waerme|'''Geometrie & Wärme''']] &rarr; [http://www.optiyummy.de/images/Software_SimX_-_3_Nadelantrieb_-_Geometrie_u_Waerme.pdf PDF (''Stand 06.07.2009)'']
* "SimX" dient hierbei nur zur Kennzeichnung, dass sich das zugehörige Skript auf die Modellierung und Simulation mittels '''SimulationX''' bezieht.
# [[Software:_SimX_-_Nadelantrieb_-_Probabilistische Simulation|'''Probabilistische Simulation''']] &rarr; [http://www.optiyummy.de/images/Software_SimX_-_4_Nadelantrieb_-_Probabilistik.pdf PDF ''(Stand 06.07.2009)'']
# [[Software:_SimX_-_Nadelantrieb_-_Robust-Optimierung|'''Mehrkriterielle Robust-Optimierung''']] &rarr; [http://www.optiyummy.de/images/Software_SimX_-_5_Nadelantrieb_-_Robustoptimierung.pdf PDF ''(Stand 06.07.2009)'']


'''Beispiele'''
# [[Software:_SimX_-_Einfuehrung_-_DC-Motor|'''Einführungsbeispiel: Geregelter DC-Motor''']]
# [[Software:_SimX_-_Einfuehrung_-_Elektro-Chaos|'''Einführungsbeispiel: Nichtlinearer elektrischer Schwingkreis (Chaos-Simulation)''']]
# [[Software:_SimX_-_Magnetoptimierung_auf_Basis_von_Wandler-Kennfeldern|'''Magnetoptimierung auf Basis von Wandler-Kennfeldern''']]
# '''...'''
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'''Übungskomplex "Brailleschrift-Präger"'''
Die Übungsanleitungen sind Bestandteil der [https://www.ifte.de/lehre/optimierung/index.html '''Lehrveranstaltung Optimierung'''] (TU Dresden, Institut für Feinwerktechnik und Elektronik-Design). Schwerpunkt dieses Übungskomplexes ist die Optimierung eines Magnetantriebs mit Berücksichtigung von Toleranzen vor dem Bau eines ersten materiellen Versuchsmusters unter Nutzung numerischer Modelle:
:0. [[Software:_SimX_-_Nadelantrieb_-_Vorbereitung|'''Vorbereitung → Aufgabenpräzisierung / Modelle in der Konzeptphase''']]
:1. [[Software:_SimX_-_Nadelantrieb_-_Wirkprinzip|'''Wirkprinzip-Entscheidung (E-Magnet)''']]
:2. [[Software:_SimX_-_Nadelantrieb_-_Aktordynamik|'''Aktor-Dynamik''']]
:3. [[Software:_SimX_-_Nadelantrieb_-_Geometrie_und_Waerme|'''Geometrie und Wärme''']]
:4. [[Software:_SimX_-_Nadelantrieb_-_Probabilistische_Simulation|'''Probabilistische Simulation''']]
:5. [[Software:_SimX_-_Nadelantrieb_-_Struktur-Optimierung|'''Struktur-Optimierung''']]
:6. [[Software:_SimX_-_Nadelantrieb_-_Robust-Optimierung|'''Ausschuss-Minimierung und mehrkriterielle Robust-Optimierung''']]
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'''Parameter-Identifikation'''
'''Parameter-Identifikation'''
# [[Software:_SimX_-_Parameterfindung_-_Permeabilitaet|'''Eisen-Permeabilität als Kennlinie µ(B)''']]
# [[Software:_SimX_-_Parameterfindung_-_Permeabilitaet|'''Eisen-Permeabilität als Kennlinie µ(B)''']]
# '''...'''
# '''...'''
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'''Modellierung physikalischer Effekte'''


Hier werden Modellansätze vorgestellt, welche sich für die Systemsimulation mechatronischer Systeme als günstig erwiesen haben:
# [https://www.optiyummy.de/index.php/Bild:Software_SimX_-_USAN-Modellierung.hlp '''Modellierung mechatronischer Systeme: USAN-Hilfedatei'''] &rarr;  [https://www.ifte.de/forschung/usan/index.html ''(Simulationssystem USAN auf www.ifte.de)'']
# [https://www.optiyummy.de/images/Software_SimX_elastischer_Kontakt_im_MKS-System.pdf '''Modellierung eines elastischen Kontaktes in einem MKS-System''']
# '''...'''


Das Simulationsprogramm [http://www.simulationx.com/ SimulationX] der Firma  [http://www.iti.de ITI Gesellschaft für ingenieurtechnische Informationsverarbeitung mbH] liegt zur Zeit in der Version 3 vor. Neben den numerischen Qualitäten dieses Programms spricht auch die Bereitstellung einer kostenlosen Studentenversion z.B. für den Einsatz zu Lehrzwecken. Diese Version kann von http://www.simulationx.com nach Eingabe persönlicher Daten geladen werden.
Die bisherigen obigen Beiträge dienen gleichzeitig als Übungsanleitungen in der '''[http://www.ifte.de/lehre/konstruktionstechnik/uebung.html Lehrveranstaltung Konstruktionstechnik]''' (TU Dresden, Institut für Feinwerktechnik und Elektronik-Design, [http://www.ifte.de/mitarbeiter/kamusella.html '''Dr.-Ing. Alfred Kamusella''']).


<div align="center">[[Software:_System-Simulation|&larr;]] [[Software:_SimX_-_Einfuehrung_-_DC-Motor|&rarr;]]</div>
Das Simulationsprogramm [https://www.esi-group.com/products/simulationx '''SimulationX'''] der [https://www.esi-group.com/company/who-we-are '''ESI-Group'''] liegt zur Zeit in der Version 4.5 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 [https://academy.esi-group.com '''ESI Academy portal'''] ).

Aktuelle Version vom 2. Juli 2024, 18:53 Uhr

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. ...

Übungskomplex "Brailleschrift-Präger"

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

0. Vorbereitung → Aufgabenpräzisierung / Modelle in der Konzeptphase
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

Parameter-Identifikation

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

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 ESI-Group liegt zur Zeit in der Version 4.5 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 ESI Academy portal ).