Software: SimX - Parameterfindung - Permeabilitaet - Optimierungsexperiment: Unterschied zwischen den Versionen
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Gesucht werden die Parameter der Magnetisierungskennlinie µ(B), welche die geringste Abweichung zwischen gemessenem und simuliertem Einschaltstrom ergeben. Dafür wird ein Optimierungsverfahren benutzt, welches den Wert der Fehlerquadrat-Summe minimiert. Dazu gehen wir nach dem Start des Programms '''OptiY''' und öffnen der Versuchsstand-Datei '''Eisen.opy''' in folgenden Schritten vor: | |||
* Die für die Entwurfsparameter eingestellten Startwerte entsprechen den obigen Werten aus dem SimulationX-Modell. | |||
* Als Optimierungsverfahren wird das Hooke-Jeeves-Verfahren genutzt. | |||
* Die Startschrittweiten der Entwurfsparameter sind in Hinblick auf ein schnelles Finden des Optimums bereits günstig konfiguriert. | |||
* Die Grenzen für die Entwurfsparameter wurden hinreichend groß gewählt. | |||
* Als Gütekriterium wird die Abweichung zwischen gemessenem und simuliertem Stromverlauf minimiert: | |||
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Version vom 27. Januar 2009, 09:01 Uhr
Simulationsmodell in Betrieb nehmen
Falls noch nicht geschehen, so speichern Sie die bereitgestellten Modell-Komponenten Eisen.ism und Eisen.opy in den gleichen Ordner. Starten Sie SimulationX und öffnen Sie das Simulationsmodell Eisen.ism. Dieses enthält als Ausgangslösung die Parameter der µ(B)-Funktion eines anderen Eisen-Materials:
myB0=636 c1=73.5 e1=1.35 c2=8.32 e2=0.978 c3=1.28 e3=4.96 c4=0.307 e4=12.5 c5= 1e-6 e5=17
Überprüfen Sie die Parameter dieses Modells. Die Geometrie von Spule und Eisenkreis sowie die Windungszahl sind bereits als Standardvorgaben eingestellt. Die Spule widerspiegelt sich in zwei Elementen:
Das Element für den Eisenkreis enthält die Geometriegrößen für die einzelnen Eisenabschnitte sowie einen zusätzlichen Luftspalt, der vorläufig auf 0 µm gesetzt wird. Für die µ(B)-Funktion sind Parameter eines bereits identifizierten, anderen Eisenmaterials als Standardwerte eingetragen:
Nach Start eines Simulationslaufes müssten sich die abgebildete µrel(B)-Kurve mit dem entsprechenden Stromverlauf ergeben:
Man beachte, dass die Parameter des Modells noch nicht die wirkliche Messung repräsentieren! So wurde z.B. noch nicht die benutzte Betriebsspannung eingetragen und auch der Spulenwiderstand entspricht nicht der verwendeten Spule.
Mess-Signale einspeisen
Die Spulenstrom-Kennlinie soll den gemessenen Stromverlauf während des Simulationslaufes abspielen. Dazu importiert man im Eigenschaftsdialog (Parameter) unter Bearbeiten aus dem Messdatenfile Messung_xx.txt die Tabellenspalte des Stroms:
- Vor dem Import sollte man die Text-Datei in einem Text-Editor "begutachten". Voran gestellte Kopfzeilen muss man löschen.
- Im Beispiel betrifft das die Zeilen 1 bis 4. Es wurde der Crimson-Editor benutzt:
- Für diese Kennlinie sollte keine Behandlung von Unstetigkeiten durchgeführt werden, ansonsten rechnet das Modell ca. um den Faktor 5 langsamer:
Nach dem Öffnen der Text-Datei erscheint der Dialog des Import-Assistenten:
- Da der Datenkopf bereits gelöscht wurde, muss der Import bei Zeile 0 beginnen.
- Nach "Weiter" lässt man die Maßeinheit für die 1. Spalte auf Sekunde.
- Im abschließenden Assistent-Fenster liest man Spalte 2 (Stromwerte) als dimensionslose Werte ein.
- Wir wählen die lineare Interpolation zwischen den Punkten ohne Extrapolation über den Messbereich hinaus. Die Marker wurden in diesem Beispiel ausgeschalten, damit man die Kurve besser erkennt.
Vor dem Einschalten der Betriebsspannung muss der Strom bei 0 A beginnen:
- Falls dies nicht der Fall ist, kann man über einen Offset-Parameter diesen systematischen Fehler korrigieren.
- Der Offset-Wert bezieht sich direkt auf die Messwert ohne Berücksichtigung des Maßstab.
- Man kann dafür den negativen Wert für den Zeitpunkt t=0 benutzen, falls die Stromwerte am Nullpunkt nicht zu stark verrauscht sind. Im Beispiel ist das Offset=0.0032.
Den Simulationszeit-Bereich wählen wir nur so groß, dass der gemessene Strom sich auf seinen Endwert einstellen kann:
- tStop muss kleiner als der aufgezeichnet Endzeitpunkt sein! Ansonsten kann es zu einer Fehlermeldung kommen
- Auch das Aktivieren der Extrapolation für die Kennlinie schafft keine Abhilfe (SimX 3.1 Release 3.1.1001.34).
- Hinweis: Nach dem Quittieren des Fehlers befindet man sich im "Compound-Modus" und die Modellstruktur ist unsichtbar (welch Schreck!). Erst das Schließen des Compounds (Toolbar-Button) stellt die normale Modellansicht wieder her.
- Im Beispiel sind tStop=0.05 s ausreichend:
Der ohmsche Widerstand der Spule ist abhängig von der aktuellen Draht-Temperatur. Da diese für den Zeitpunkt der Messung nicht genau bekannt ist, muss der aktuelle Widerstand des Spulendrahts aus der angelegten Betriebsspannung und dem sich einstellendem Endstrom berechnet werden. Der wirksame Spulenwiderstand enthält dabei den in Reihe geschalteten Messwiderstand:
- Am einfachsten entnimmt man die Werte direkt der Excel-Tabelle oder der exportierten Text-Datei.
- Im Beispiel sind das hinreichend genau 11,73 V bei (0,6956+0,0039)·10 A=6,995 A=7 A
- Dabei sollte man das Rauschen der Nachbarwerte qualitativ mit berücksichtigen.
- Der wirksame Widerstand ergibt sich aus dem ohmeschen Gesetz damit zu 1,676 Ohm. Er setzt sich zusammen aus dem Drahtwiderstand der Wicklung und dem in Reihe geschalteten Messwiderstand.
Die ermittelten Werte für die Betriebsspannung und den ohmschen Widerstand trägt man als Modell-Paramter ein:
- Danach müssen die Endwerte von gemessenem und simulierten Stromverlauf exakt übereinstimmen!
- Beide Stromverläufe beginnen bei Null.
- Die Krümmungen des Stromanstieges werden sich noch unterscheiden.
Achtung:
Nur wenn das Modell in Bezug auf die Messbedingungen richtig konfiguriert wurde, beginnen gemessener und simulierter Spulenstrom bei Null und nähern sich exakt dem gleichen Endwert. Das ist eine entscheidende Voraussetzung für die nachfolgende Parameter-Identifikation!
Speichern Sie das fertig konfigurierte Modell Eisen.ism und schließen sie es im SimulationX.
Experiment-Durchführung
Gesucht werden die Parameter der Magnetisierungskennlinie µ(B), welche die geringste Abweichung zwischen gemessenem und simuliertem Einschaltstrom ergeben. Dafür wird ein Optimierungsverfahren benutzt, welches den Wert der Fehlerquadrat-Summe minimiert. Dazu gehen wir nach dem Start des Programms OptiY und öffnen der Versuchsstand-Datei Eisen.opy in folgenden Schritten vor:
- Die für die Entwurfsparameter eingestellten Startwerte entsprechen den obigen Werten aus dem SimulationX-Modell.
- Als Optimierungsverfahren wird das Hooke-Jeeves-Verfahren genutzt.
- Die Startschrittweiten der Entwurfsparameter sind in Hinblick auf ein schnelles Finden des Optimums bereits günstig konfiguriert.
- Die Grenzen für die Entwurfsparameter wurden hinreichend groß gewählt.
- Als Gütekriterium wird die Abweichung zwischen gemessenem und simuliertem Stromverlauf minimiert:
Dieses Übungsscript wurde noch nicht komplett in OptiYummy importiert. Das Original vom letzten Studienjahr befindet sich unter:
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