Software: SimX - Nadelantrieb - Geometrie und Waerme - Modellverifizierung: Unterschied zwischen den Versionen
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Nun kommt das schwierigste Problem: die richtigen Simulationsergebnisse in Hinblick auf die im Modell berücksichtigten Effekte zu erhalten (Verifizierung="richtige" Berechnung nachweisen). | * '''Hinweis:''' Das "richtige" Berechnen bedeutet nicht, dass das Modell in Hinblick auf die Realität ein hinreichend genaues Verhalten zeigt. Nur durch zusätzliche Validierung kann man die gewünschte Glaubwürdigkeit des Modellverhaltens "absichern". | ||
* Da im Rahmen der Lehrveranstaltung nur begrenzt Zeit ist, soll das Modellverhalten anhand folgender Parameter und mit der vorgegebenen Simulationssteuerung überprüft werden (nicht aufgeführte Werte wie in vorherigen Etappen präzisiert!). | |||
* '''Achtung:''' Die Warnung ''"Nach 50.Schritt der Anfangswertberechnung der DAE: Lineares Gleichungssystem nicht lösbar."'' bei der Behandlung des Abschaltvorgangs können wir ignorieren, da dies die berechneten Ergebnisse nicht merklich beeinflusst! | |||
'''Bauelement- und Betriebsparameter:''' | |||
''' | Hysterese : wie in [[Software:_SimX_-_Nadelantrieb_-_Aktordynamik_-_Hysterese-Modell|'''Etappe2''']] vorgegeben | ||
Anf.Werte : mit Fixierung von Zustandsgrößen (wie abschließend in [[Software:_SimX_-_Nadelantrieb_-_Aktordynamik_-_Hysterese-Modell|'''Etappe2c''']] ermittelt) | |||
Anschlag : elastischer Anschlag (k<sub>1,2</sub> = 1e10 N/m und b<sub>1,2</sub> = 1e6 Ns/m) | |||
Elektronik.Diode : "Reale Diode" mit Standardparametern | |||
Elektronik.R_Schutz = 1000 Ohm | |||
Diode | Elektronik.V_el = 24 V | ||
Nadel.x0 = CAD.d_Papier [Ruhelage direkt auf Papier ] | |||
Feder.k = 20 N/mm [mit Vorspannung für 20g! ] | |||
Nadel.x0 | '''CAD-Parameter:''' | ||
Feder.k | CAD.d_Anker = 10 mm [Ankerdurchmesser ] | ||
d_Anker | CAD.w_Spule = 500 [Windungszahl der Spule ] | ||
w_Spule | CAD.R20_Spule = 4 Ohm [el. Widerstand der Spule bei 20°C] | ||
R20_Spule | CAD.d_Magnet = 20 mm [Magnetdurchmesser ] | ||
d_Magnet | CAD.K_FeInnen = 0.1 [L_FeInnen/L_Eisen=0.1xx ] | ||
CAD.k_Wickel = 0.8 [Wickelfaktor Spule: A_ Cu/A_ges ] | |||
CAD.SpulWand = 0.3 mm [Wandstärke des Wickelkörpers ] | |||
k_Wickel | CAD.Restspalt = 50 µm [Restluftspalt zw. Anker und Kern ] | ||
Restspalt | CAD.d_Papier = 0.2 mm [Papierdicke ] | ||
CAD.d_Praegung = 0.1 mm [Papier-Restdicke geprägt ] | |||
rho_Fe | CAD.x_Matrix =-0.65 mm [Papier-Position im Matrixboden ] | ||
rho_Cu | CAD.x_Riss =-0.39 mm [Papier-Rissposition ] | ||
kth_Cu | CAD.Re_Eisen = 1.5 mOhm [Wirbelstromwiderstand ] | ||
kth_Kuehl | CAD.rho_Fe = 7.8 g/cm³ [Massedichte Eisen ] | ||
CAD.rho_Cu = 1.6E-8 Ohm*m [spez. ohm. Widerstand Kupfer ] | |||
CAD.kth_Cu = 0.0039 (1/K) [Temperaturkoeff. ohm. Wid. Kupfer] | |||
CAD.kth_Kuehl = 12 W/(K*m²) [Konvektionskoeff. Magnetfläche ] | |||
CAD.T_Spule = 100°C [Spulentemperatur für R_Spule ] | |||
Deckel | '''CAD-Ergebnisse:''' | ||
Wand | '''// Flussweg:''' | ||
h_Wickel | CAD.Deckel = 2.5 mm [Dicke Deckel bzw. Topfboden ] | ||
d_innen | CAD.Wand = 1.33975 mm [Wandstärke Magnettopf ] | ||
d_aussen | // Spulenwicklung | ||
L_innen | CAD.h_Wickel = 3.36025 mm [Wicklungshöhe ] | ||
L_aussen | CAD.d_innen = 10.6 mm [Durchmesser innerste Windung ] | ||
L_mittel | CAD.d_aussen = 17.3205 mm [Durchmesser äußerste Windung ] | ||
d_Draht | CAD.L_innen = 33.3009 mm [Länge einer inneren Windung ] | ||
L_Wickel | CAD.L_aussen = 54.414 mm [Länge einer äußeren Windung ] | ||
L_Anker | CAD.L_mittel = 43.8574 mm [Mittlere Windungslänge ] | ||
CAD.d_Draht = 0.334189 mm [Drahtdurchmesser Cu ] | |||
CAD.L_Wickel = 16.3148 mm [Länge der Wicklung ] | |||
'''// Eisenabschnitte:''' | |||
L_Eisen | CAD.L_Anker = 8.23826 mm [Anker-Länge ] | ||
L_Magnet | CAD.L_Kern = 11.1765 mm [Kern-Länge ] | ||
L_FeInnen | CAD.L_Eisen = 58.8296 mm [Eisenweg-Länge ] | ||
L_FeAussen = 52.9466 mm | CAD.L_Magnet = 21.9148 mm [Magnet-Länge ] | ||
Re_FeInnen = | CAD.L_FeInnen = 5.8830 mm [Eisen in Spule mit 100% Fluss ] | ||
Re_FeAussen= | CAD.L_FeAussen = 52.9466 mm [Eisen nach Spulenstreuung ] | ||
R_Spule | CAD.Re_FeInnen = 15 mOhm [Wirbelstromwiderstand ] | ||
A_Kuehl | CAD.Re_FeAussen = 1.66667 mOhm [Wirbelstromwiderstand ] | ||
Rth_Kuehl | '''// Luftspaltfläche und Ankermasse:''' | ||
CAD.A_Anker = 0.785398 cm² [Ankerquerschnitt ] | |||
CAD.V_Anker = 0.647031 cm³ [Ankervolumen ] | |||
CAD.m_Anker = 5.04684 g [Ankermasse ] | |||
'''// elektrische Eigenschaften:''' | |||
CAD.R_Spule = 5.248 Ohm [Drahtwiderstand ] | |||
'''// thermische Eigenschaften:''' | |||
CAD.A_Kuehl = 20.0526 cm² [Kühlfläche ] | |||
CAD.Rth_Kuehl = 41.5573 K/W [Therm. Widerstand Kühlfläche ] | |||
'''Ergebnisse der Dynamiksimulation:''' | |||
Messung.Praegungsmasz = 1.000 [Prägungsmaß normiert 0...1 ] | |||
Messung.t_Riss = 2.238 ms [Riss-Zeitpunkt ] | |||
Messung.t_Zyklus = 5.001 ms [Zykluszeit ] | |||
Elektronik.iMax = 0.776 A [max. Spulenstrom ] | |||
Elektronik.vMax =-164.81 V [max. Spulenspannung ] | |||
'''Ergebnisse der Spulen-Erwärmung:''' | |||
Elektronik.EW_Spule = 4.268 mWs [Wärmeverlustenergie in Spule ] | |||
Elektronik.PW_Mittel = 0.853 W [mittl. Verlustleistung in Spule ] | |||
Elektronik.dT_Spule = 35.46 K [Temperaturerhöhung (Dauerbetrieb)] | |||
<div align="center"> [[Software:_SimX_-_Nadelantrieb_-_Geometrie_und_Waerme_-_Waermemodell| | ''Hinweis'': Die letzten Ergebnisstellen sind teilweise gerundet. Auch kleine Abweichungen von den aufgelisteten Werten deuten auf Fehler im Modell! Bei den Ergebnissen der Dynamiksimulation, zu denen auch die Wärme-Werte gehören, kann man eine Abweichung in der 3. Ziffernstelle akzeptieren. Ursache ist das numerische Rauschen beim Lösen der Differentialgleichungen im Zeitbereich: | ||
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:'''''Achtung:''''' Teilnehmer der [https://www.ifte.de/lehre/optimierung/uebung.html '''Lehrveranstaltung "Optimierung"'''] erzeugen von dem verifizierten Simulationsmodell eine Kopie '''Etappe_xx_verifiziert.isx''' mit '''xx'''=Teilnehmernummer 01..99 zum Nachweis der exakten Funktion des Modells. | |||
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Aktuelle Version vom 29. April 2024, 10:08 Uhr
Nun kommt das schwierigste Problem: die richtigen Simulationsergebnisse in Hinblick auf die im Modell berücksichtigten Effekte zu erhalten (Verifizierung="richtige" Berechnung nachweisen):
- Hinweis: Das "richtige" Berechnen bedeutet nicht, dass das Modell in Hinblick auf die Realität ein hinreichend genaues Verhalten zeigt. Nur durch zusätzliche Validierung kann man die gewünschte Glaubwürdigkeit des Modellverhaltens "absichern".
- Da im Rahmen der Lehrveranstaltung nur begrenzt Zeit ist, soll das Modellverhalten anhand folgender Parameter und mit der vorgegebenen Simulationssteuerung überprüft werden (nicht aufgeführte Werte wie in vorherigen Etappen präzisiert!).
- Achtung: Die Warnung "Nach 50.Schritt der Anfangswertberechnung der DAE: Lineares Gleichungssystem nicht lösbar." bei der Behandlung des Abschaltvorgangs können wir ignorieren, da dies die berechneten Ergebnisse nicht merklich beeinflusst!
Bauelement- und Betriebsparameter:
Hysterese : wie in Etappe2 vorgegeben Anf.Werte : mit Fixierung von Zustandsgrößen (wie abschließend in Etappe2c ermittelt) Anschlag : elastischer Anschlag (k1,2 = 1e10 N/m und b1,2 = 1e6 Ns/m) Elektronik.Diode : "Reale Diode" mit Standardparametern Elektronik.R_Schutz = 1000 Ohm Elektronik.V_el = 24 V Nadel.x0 = CAD.d_Papier [Ruhelage direkt auf Papier ] Feder.k = 20 N/mm [mit Vorspannung für 20g! ]
CAD-Parameter:
CAD.d_Anker = 10 mm [Ankerdurchmesser ] CAD.w_Spule = 500 [Windungszahl der Spule ] CAD.R20_Spule = 4 Ohm [el. Widerstand der Spule bei 20°C] CAD.d_Magnet = 20 mm [Magnetdurchmesser ] CAD.K_FeInnen = 0.1 [L_FeInnen/L_Eisen=0.1xx ] CAD.k_Wickel = 0.8 [Wickelfaktor Spule: A_ Cu/A_ges ] CAD.SpulWand = 0.3 mm [Wandstärke des Wickelkörpers ] CAD.Restspalt = 50 µm [Restluftspalt zw. Anker und Kern ] CAD.d_Papier = 0.2 mm [Papierdicke ] CAD.d_Praegung = 0.1 mm [Papier-Restdicke geprägt ] CAD.x_Matrix =-0.65 mm [Papier-Position im Matrixboden ] CAD.x_Riss =-0.39 mm [Papier-Rissposition ] CAD.Re_Eisen = 1.5 mOhm [Wirbelstromwiderstand ] CAD.rho_Fe = 7.8 g/cm³ [Massedichte Eisen ] CAD.rho_Cu = 1.6E-8 Ohm*m [spez. ohm. Widerstand Kupfer ] CAD.kth_Cu = 0.0039 (1/K) [Temperaturkoeff. ohm. Wid. Kupfer] CAD.kth_Kuehl = 12 W/(K*m²) [Konvektionskoeff. Magnetfläche ] CAD.T_Spule = 100°C [Spulentemperatur für R_Spule ]
CAD-Ergebnisse:
// Flussweg: CAD.Deckel = 2.5 mm [Dicke Deckel bzw. Topfboden ] CAD.Wand = 1.33975 mm [Wandstärke Magnettopf ] // Spulenwicklung CAD.h_Wickel = 3.36025 mm [Wicklungshöhe ] CAD.d_innen = 10.6 mm [Durchmesser innerste Windung ] CAD.d_aussen = 17.3205 mm [Durchmesser äußerste Windung ] CAD.L_innen = 33.3009 mm [Länge einer inneren Windung ] CAD.L_aussen = 54.414 mm [Länge einer äußeren Windung ] CAD.L_mittel = 43.8574 mm [Mittlere Windungslänge ] CAD.d_Draht = 0.334189 mm [Drahtdurchmesser Cu ] CAD.L_Wickel = 16.3148 mm [Länge der Wicklung ] // Eisenabschnitte: CAD.L_Anker = 8.23826 mm [Anker-Länge ] CAD.L_Kern = 11.1765 mm [Kern-Länge ] CAD.L_Eisen = 58.8296 mm [Eisenweg-Länge ] CAD.L_Magnet = 21.9148 mm [Magnet-Länge ] CAD.L_FeInnen = 5.8830 mm [Eisen in Spule mit 100% Fluss ] CAD.L_FeAussen = 52.9466 mm [Eisen nach Spulenstreuung ] CAD.Re_FeInnen = 15 mOhm [Wirbelstromwiderstand ] CAD.Re_FeAussen = 1.66667 mOhm [Wirbelstromwiderstand ] // Luftspaltfläche und Ankermasse: CAD.A_Anker = 0.785398 cm² [Ankerquerschnitt ] CAD.V_Anker = 0.647031 cm³ [Ankervolumen ] CAD.m_Anker = 5.04684 g [Ankermasse ] // elektrische Eigenschaften: CAD.R_Spule = 5.248 Ohm [Drahtwiderstand ] // thermische Eigenschaften: CAD.A_Kuehl = 20.0526 cm² [Kühlfläche ] CAD.Rth_Kuehl = 41.5573 K/W [Therm. Widerstand Kühlfläche ]
Ergebnisse der Dynamiksimulation:
Messung.Praegungsmasz = 1.000 [Prägungsmaß normiert 0...1 ] Messung.t_Riss = 2.238 ms [Riss-Zeitpunkt ] Messung.t_Zyklus = 5.001 ms [Zykluszeit ] Elektronik.iMax = 0.776 A [max. Spulenstrom ] Elektronik.vMax =-164.81 V [max. Spulenspannung ]
Ergebnisse der Spulen-Erwärmung:
Elektronik.EW_Spule = 4.268 mWs [Wärmeverlustenergie in Spule ] Elektronik.PW_Mittel = 0.853 W [mittl. Verlustleistung in Spule ] Elektronik.dT_Spule = 35.46 K [Temperaturerhöhung (Dauerbetrieb)]
Hinweis: Die letzten Ergebnisstellen sind teilweise gerundet. Auch kleine Abweichungen von den aufgelisteten Werten deuten auf Fehler im Modell! Bei den Ergebnissen der Dynamiksimulation, zu denen auch die Wärme-Werte gehören, kann man eine Abweichung in der 3. Ziffernstelle akzeptieren. Ursache ist das numerische Rauschen beim Lösen der Differentialgleichungen im Zeitbereich:
- Achtung: Teilnehmer der Lehrveranstaltung "Optimierung" erzeugen von dem verifizierten Simulationsmodell eine Kopie Etappe_xx_verifiziert.isx mit xx=Teilnehmernummer 01..99 zum Nachweis der exakten Funktion des Modells.