Software: System-Simulation - SimulationX

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,

Beispiele

1. Einführungsbeispiel: Geregelter DC-Motor (vereinfacht)
2. Einführungsbeispiel: Nichtlinearer elektrischer Schwingkreis (Chaos-Simulation)
3. Magnetoptimierung auf Basis von Wandler-Kennfeldern
4. ...

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Übungskomplex "Brailleschrift-Präger"

Schwerpunkt dieses Übungskomplexes ist die Optimierung eines Magnetantriebs unter Berücksichtigung von Toleranzen. Dies soll vor dem Bau eines ersten Versuchsmusters unter Nutzung der numerischen Simulation und Optimierung geschehen:

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

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Parameter-Identifikation

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

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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 Firma ITI Gesellschaft für ingenieurtechnische Informationsverarbeitung mbH liegt zur Zeit in der Version 3.6 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 zum Teil als Übungsanleitungen in der Lehrveranstaltung Optimierung (TU Dresden, Institut für Feinwerktechnik und Elektronik-Design, Dr.-Ing. Alfred Kamusella).