Software: SimX - Nadelantrieb - Aktordynamik - Hysterese-Nennwertoptimierung
Wir benutzen das OptiY-Projekt Etappe2b-xx.opy, um mit dem bereits definierten Experiment-Workflow eine optimale Parameter-Konfiguration unter Berücksichtigung von Wirbelstrom und Magnet-Hysterese zu finden:
- Von dem unter Berücksichtigung des Wirbelstroms ermittelten Bestwert werden wir die Parameter übernehmen als Startwert für die erneute Präzisierung der optimalen Lösung.
- Wir könnten die Optimierung mit dem Hooke-Jeeves-Verfahren starten, würden aber wahrscheinlich an numerischen Problemen scheitern. Diese numerischen Probleme werden wir deshalb prophylaktisch "entschärfen". Dazu schließen wir vorläufig OptiY und auch das Modell in SimulationX.
Danach öffnen wir nur das SimulationX-Modell, um dieses in Hinblick auf die Optimierung günstiger zu konfigurieren:
- Das Modell wird bis zum Zeitpunkt t=tStop berechnet, wenn man keinen vorzeitigen Simulationsabbruch definiert.
- Unser Modell hat ein Problem nach Vollendung des Prägezyklusses, wenn die Nadel in der Ruhelage an den starren Anschlag gedrückt wird. Dort kommt es zu "ewigem Rechnen" mit extrem kleinen Schrittweiten.
- Wir lösen dieses Problem, indem wir den Simulationslauf kurz nach Vollendung des Prägezyklusses durch Definition einer geeigneten Abbruchbedingung beenden (Kontext-Menü des Modells > Eigenschaften):
termCond=(Praegung.y>=1)and(tZyklus.y>1e-3)and((t-tZyklus.y)>1e-4)
- Hinweis: Diese Abbruchbedingung lässt sich für unser Beispiel schlecht verallgemeinern, sondern ist in Hinblick auf verwendete Zeitangaben auf den konkreten Bewegungsablauf zugeschnitten.
- Im Beispiel erwiesen sich die folgenden Einstellungen für die transiente Simulation als robust. Im Einzelfall kann eine leichte Verringerung von dtMin zu besserem Verhalten führen:
- Falls das Modell erst einmal stabil rechnet, ist die Nennwert-Optimierung kein großes Problem:
Merke:
Das globale Nennwert-Optimum eines technischen Systems schöpft im Normalfall alle Restriktionsgrenzen aus.
Im Beispiel wurde der Grenzwert des Stromes nicht ganz ausgeschöpft, so dass noch geringfügige Verbesserungen der Zykluszeit zu erwarten sind:
- Der Pfad zum "absoluten" Optimum führt entlang der Restriktionsgrenze für die Abschaltspannung.
- Dieser Pfad ist extrem schmal und fast ohne Gefälle. Eine Erhöhung des Stromwertes führt in einem höheren Maße zur Überschreitung der Abschaltspannung, als zu einer Verkürzung der Zykluszeit.
- Die noch mögliche Verbesserung der Zykluszeit ist anscheinend nur akademischer Natur.
- Eine Abschätzung, in welchem Maße noch Verbesserungen der optimalen Lösung zu erwarten sind, gelingt nur nach intensiven Analysen.
Achtung:
Die geschilderten Probleme sind normal bei der numerischen Optimierung komplexer und stark nichtlinearer Systeme. Die wachsende "Intelligenz" der Software hält einen immer größeren Teil dieser Probleme vom Anwender fern. Trotzdem ist für absehbare Zeit der Eingriff des Menschen in solche Optimierungsprozesse noch erforderlich.
