Software: SimX - Nadelantrieb - Geometrie und Waerme - Modellverifizierung: Unterschied zwischen den Versionen

Aus OptiYummy
Zur Navigation springenZur Suche springen
KKeine Bearbeitungszusammenfassung
KKeine Bearbeitungszusammenfassung
(26 dazwischenliegende Versionen von 3 Benutzern werden nicht angezeigt)
Zeile 1: Zeile 1:
[[Software:_SimX_-_Nadelantrieb_-_Geometrie_und_Waerme|&uarr;]] <div align="center"> [[Software:_SimX_-_Nadelantrieb_-_Geometrie_und_Waerme_-_Waermemodell|&larr;]] [[Software:_SimX_-_Nadelantrieb_-_Geometrie_und_Waerme_-_Experimentplanung|&rarr;]] </div>
[[Software:_SimX_-_Nadelantrieb_-_Geometrie_und_Waerme|↑]] <div align="center"> [[Software:_SimX_-_Nadelantrieb_-_Geometrie_und_Waerme_-_Waermemodell|←]] [[Software:_SimX_-_Nadelantrieb_-_Geometrie_und_Waerme_-_Experimentplanung|→]] </div>
<div align="center">[[Bild:Software_SimX_-_Nadelantrieb_-_Geometrie_und_Waerme_-_modellverify.gif| ]]</div>
<div align="center">[[Bild:Software_SimX_-_Nadelantrieb_-_Geometrie_und_Waerme_-_modellverify.gif| ]]</div>
 
Nun kommt das schwierigste Problem: die richtigen Simulationsergebnisse in Hinblick auf die im Modell berücksichtigten Effekte zu erhalten (Verifizierung="richtige" Berechnung nachweisen):[[Bild:memo_stempel.gif|right]]
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:''''' Teilnehmer der [http://www.ifte.de/lehre/optimierung/uebung.html '''Lehrveranstaltung "Optimierung"'''] erzeugen von dem konfigurierten Simulationsmodell eine Kopie '''Etappe_xx_verifiziert.isx''' mit '''xx'''=Teilnehmernummer 01..99 zum Nachweis der exakten Funktion des Modells.
* '''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!
   
   
[[Bild:memo_stempel.gif|right]]
'''Bauelement- und Betriebsparameter:'''
'''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".
Hysterese              : wie in [[Software:_SimX_-_Nadelantrieb_-_Aktordynamik_-_Hysterese-Modell|'''Etappe2''']] vorgegeben
<center>[[Bild:Software_SimX_-_Nadelantrieb_-_Geometrie_und_Waerme_-_simulationseinstellungen.gif| ]]</center>
Anf.Werte              : mit Fixierung von Zustandsgrößen (wie abschließend in [[Software:_SimX_-_Nadelantrieb_-_Aktordynamik_-_Hysterese-Modell|'''Etappe2c''']] ermittelt)
* Da im Rahmen der Lehrveranstaltung nur begrenzt Zeit ist, soll das Modellverhalten mit vorgegebener Simulationssteuerung und anhand folgender Parameter überprüft werden (nicht aufgeführte Werte wie in vorherigen Etappen präzisiert!):
Anschlag              : elastischer Anschlag (k<sub>1,2</sub> = 1e10&nbsp;N/m und b<sub>1,2</sub> = 1e6&nbsp;Ns/m)
Hysterese  = Wie in [[Software:_SimX_-_Nadelantrieb_-_Aktordynamik_-_Hysterese-Modell|'''Etappe2''']] vorgegeben
  Elektronik.Diode       : "Reale Diode" mit Standardparametern
  Diode     = "Reale Diode" mit Standardparametern
  Elektronik.R_Schutz    = 1000 Ohm
  Widerstand = 1000 Ohm
  Elektronik.V_el        = 24 V
  Spannung  = 24 V
  Nadel.x0               = CAD.d_Papier (Ruhelage direkt auf Papier)
  Nadel.x0   = 0.15 mm
  Feder.k               = 20 N/mm     (mit Vorspannung für 20g!)
  Feder.k   = 20 N/mm (mit Vorspannung für 20g!)
'''CAD-Parameter:'''
  d_Anker   = 10 mm
  CAD.d_Anker           = 10 mm       [Ankerdurchmesser                ]
  w_Spule   = 500
  CAD.w_Spule           = 500         [Windungszahl der Spule          ]
  R20_Spule = 4 Ohm
  CAD.R20_Spule         = 4 Ohm       [el. Widerstand der Spule bei 20°C]
  d_Magnet   = 20 mm
  CAD.d_Magnet           = 20 mm       [Magnetdurchmesser                ]
  T_Spule    = 100°C
  CAD.K_FeInnen         = 0.1         [L_FeInnen/L_Eisen=0.1xx          ]
K_FeInnen = 0.1
  CAD.k_Wickel           = 0.8         [Wickelfaktor Spule: A_ Cu/A_ges  ]
  k_Wickel   = 0.8
  CAD.SpulWand          = 0.3 mm      [Wandstärke des Wickelkörpers    ]
  Restspalt = 50 µm
CAD.Restspalt         = 50 µm       [Restluftspalt zw. Anker und Kern ]
  SpulWand   = 0.3 mm  
CAD.d_Papier          = 0.2 mm      [Papierdicke                      ]
  rho_Fe     = 7.8 g/cm³  
CAD.d_Praegung        = 0.1 mm      [Papier-Restdicke geprägt        ]
  rho_Cu     = 1.6E-8 Ohm*m
  CAD.x_Matrix          =-0.65 mm      [Papier-Position im Matrixboden   ]
  kth_Cu     = 0.0039 (1/K)  
CAD.x_Riss            =-0.39 mm     [Papier-Rissposition              ]
  kth_Kuehl = 12 W/(K*m²)
CAD.Re_Eisen          = 1.5 mOhm    [Wirbelstromwiderstand            ]
  Re_Eisen  = 1.5 mOhm ("richtiger" Wirbelstrom!)
  CAD.rho_Fe             = 7.8 g/cm³   [Massedichte Eisen                ]
 
  CAD.rho_Cu             = 1.6E-8 Ohm*m [spez. ohm. Widerstand Kupfer    ]
* Ergebnisse von "Geometrie":
  CAD.kth_Cu             = 0.0039 (1/K) [Temperaturkoeff. ohm. Wid. Kupfer]
  A_Anker    = 0.785398 cm²
  CAD.kth_Kuehl         = 12 W/(K*m²) [Konvektionskoeff. Magnetfläche  ]
  Deckel     = 2.5 mm
  CAD.T_Spule            = 100°C        [Spulentemperatur für R_Spule    ]
  Wand       = 1.33975 mm
'''CAD-Ergebnisse:'''
  h_Wickel   = 3.36025 mm
  '''// Flussweg:'''
  d_innen   = 10.6 mm
  CAD.Deckel             = 2.5 mm       [Dicke Deckel bzw. Topfboden      ]
  d_aussen   = 17.3205 mm
  CAD.Wand               = 1.33975 mm   [Wandstärke Magnettopf            ]
  L_innen   = 33.3009 mm
// Spulenwicklung
  L_aussen   = 54.414 mm
  CAD.h_Wickel           = 3.36025 mm   [Wicklungshöhe                    ]
  L_mittel   = 43.8574 mm
  CAD.d_innen           = 10.6 mm     [Durchmesser innerste Windung    ]
  d_Draht   = 0.334189 mm
  CAD.d_aussen           = 17.3205 mm   [Durchmesser äußerste Windung    ]
  L_Wickel   = 16.3148 mm
  CAD.L_innen           = 33.3009 mm   [Länge einer inneren Windung      ]
  L_Anker   = 8.23826 mm
  CAD.L_aussen           = 54.414 mm   [Länge einer äußeren Windung      ]
  V_Anker    = 0.647031 cm³
  CAD.L_mittel           = 43.8574 mm   [Mittlere Windungslänge          ]
m_Anker    = 5.04684 g
  CAD.d_Draht           = 0.334189 mm [Drahtdurchmesser Cu              ]
L_Kern     = 11.1765 mm
  CAD.L_Wickel           = 16.3148 mm   [Länge der Wicklung              ]
  L_Eisen   = 58.8296 mm
  '''// Eisenabschnitte:'''
  L_Magnet   = 21.9148 mm
CAD.L_Anker           = 8.23826 mm   [Anker-Länge                      ]
  L_FeInnen = 5.8830 mm
  CAD.L_Kern             = 11.1765 mm   [Kern-Länge                      ]
  L_FeAussen = 52.9466 mm
  CAD.L_Eisen           = 58.8296 mm   [Eisenweg-Länge                  ]
  Re_FeInnen = 15 mOhm
  CAD.L_Magnet           = 21.9148 mm   [Magnet-Länge                    ]
  Re_FeAussen= 1.66667 mOhm  
  CAD.L_FeInnen         = 5.8830 mm   [Eisen in Spule mit 100% Fluss    ]
  R_Spule   = 5.248 Ohm
  CAD.L_FeAussen         = 52.9466 mm   [Eisen nach Spulenstreuung        ]
  A_Kuehl   = 20.0526 cm²
  CAD.Re_FeInnen         = 15 mOhm     [Wirbelstromwiderstand            ]
  Rth_Kuehl = 41.5573 K/W
  CAD.Re_FeAussen       = 1.66667 mOhm [Wirbelstromwiderstand            ]
 
'''// Luftspaltfläche und Ankermasse:'''
* Ergebnisse der Dynamiksimulation:
CAD.A_Anker            = 0.785398 cm² [Ankerquerschnitt                ]
  Praegung.y = 1.000
CAD.V_Anker            = 0.647031 cm³ [Ankervolumen                    ]
  tZyklus.y  = 4.92 ms  
CAD.m_Anker            = 5.04684 g    [Ankermasse                      ]
  Riss.y    = 2.134 ms  
'''// elektrische Eigenschaften:'''
  vMax.y    =-159.3 V
  CAD.R_Spule           = 5.248 Ohm     [Drahtwiderstand                  ]
  iMax.y    = 0.723 A
  '''// thermische Eigenschaften:'''
 
CAD.A_Kuehl           = 20.0526 cm²   [Kühlfläche                      ]
* Ergebnisse der Spulen-Erwärmung:
  CAD.Rth_Kuehl         = 41.5573 K/W   [Therm. Widerstand Kühlfläche    ]
  EW_Spule.y = 3.54 mWs
'''Ergebnisse der Dynamiksimulation:''' 
  PW_Mittel.y= 0.719 W
  Messung.Praegungsmasz = 1.000
  dT_Spule.y = 29.9 K
  Messung.t_Riss        = 2.238 ms
 
  Messung.t_Zyklus      = 5.001 ms  
''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.
  Elektronik.iMax      = 0.776 A
  Elektronik.vMax      =-164.81 V
'''Ergebnisse der Spulen-Erwärmung:'''
  Elektronik.EW_Spule   = 4.268 mWS
  Elektronik.PW_Mittel = 0.853 W
  Elektronik.dT_Spule   = 35.46 K


<div align="center"> [[Software:_SimX_-_Nadelantrieb_-_Geometrie_und_Waerme_-_Waermemodell|&larr;]] [[Software:_SimX_-_Nadelantrieb_-_Geometrie_und_Waerme_-_Experimentplanung|&rarr;]] </div>
''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:
<center>[[Bild:Software_SimX_-_Nadelantrieb_-_Aktordynamik_-_hysterese-simulationssteuerung.gif|.]]</center>
:'''''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.
<div align="center"> [[Software:_SimX_-_Nadelantrieb_-_Geometrie_und_Waerme_-_Waermemodell|←]] [[Software:_SimX_-_Nadelantrieb_-_Geometrie_und_Waerme_-_Experimentplanung|→]] </div>

Version vom 24. April 2024, 17:23 Uhr

↑

Software SimX - Nadelantrieb - Geometrie und Waerme - modellverify.gif

Nun kommt das schwierigste Problem: die richtigen Simulationsergebnisse in Hinblick auf die im Modell berücksichtigten Effekte zu erhalten (Verifizierung="richtige" Berechnung nachweisen):

Memo stempel.gif
  • 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
Messung.t_Riss        = 2.238 ms
Messung.t_Zyklus      = 5.001 ms 
Elektronik.iMax       = 0.776 A
Elektronik.vMax       =-164.81 V

Ergebnisse der Spulen-Erwärmung: 

Elektronik.EW_Spule   = 4.268 mWS
Elektronik.PW_Mittel  = 0.853 W
Elektronik.dT_Spule   = 35.46 K

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.
Abgerufen von „http:///index.php?title=Software:_SimX_-_Nadelantrieb_-_Geometrie_und_Waerme_-_Modellverifizierung&oldid=27948“