Systemsimulation mit Verhaltensmodellen

Mit der immer stärkeren Wechselwirkung verschiedener Komponenten eines komplexen Systems wird der Austausch von Verhaltensmodellen als Mittel der Zusammenarbeit immer wichtiger. Vermehrt geht der Trend bei nahezu allen Produkten hin zu hochgradig komplexen mechatronischen Systemen, deren Komponenten von verschiedenen Abteilungen entwickelt und in einem adäquaten Wege zusammengeführt und miteinander abgestimmt werden müssen. Ein mächtiges Werkzeug hierfür ist die Systemsimulation, die die Einbindung verschiedenster Modelltypen erlaubt. Sie umfasst reduzierte Verhaltensmodelle aus Feldsimulationen ebenso wie konzentrierte Elemente aus internen Bibliotheken, C/C++-Modelle, SPICE-Netzlisten, VHDL-AMS-Modelle, Modelica-Modelle sowie FMU.

ZIELGRUPPE

Berechnungsingenieure aus der strukturmechanischen, magnetischen, thermischen oder fluidischen Feldsimulation, die in ihren Berechnungen reduzierte Modelle erstellen und Ingenieure aus der Systemsimulation, die wissen wollen, woher die reduzierten Modelle kommen. Alle Interessierte, die in die Systemsimulation eintauchen wollen und ordnungsreduzierte Modelle zur Kooperation mit Entwicklungspartnern und Kunden nutzen möchten.

IHR NUTZEN

Dieses Seminar vermittelt Kenntnisse und Fähigkeiten zur Generation von physikalisch basierten, reduzierten Verhaltensmodellen aus der Feldsimulation und experimentellen Daten. Außerdem wird die Verwendung dieser reduzierten Modelle (ROM) in der Systemsimulation mit ANSYS Simplorer vermittelt.

Agenda

Tag 1

M1: Feldkopplung

Zur Begriffsklärung werden Methoden und Mechanismen der Feldkopplung zwischen den physikalischen Domänen geklärt.

M2: Einführungsbeispiel

Ein elektomechanischer Summer wird modelliert im Simplorer, dazu werden reduzierte Modelle des elektromagnetischen Spule-Anker-Systems aus Ansys Maxwell und der elastischen Anker-Feder-Baugruppe aus Ansys Mechanical benutzt. Durch die Verschaltung mittels Ruhekontakt im Simplorer wird das Relais zum Wagner'schen Hammer.

M3: Simplorer

Die Einführung in die Benutzung des Simplorers ist für uns essentiell, alle Beispiele des Seminars benutzen ihn als Werkzeug für die Systemsimulation.

M4: SPM - Modale Reduktion

Eine naheliegende Möglichkeit zur reduktion strukturmechanischer Systeme ist die Beschreibung der Bewegung auf der Basis der Moden der Struktur. Dies geschieht in ANSYS Mechanical in Form des Exports eines Zustandsraummodells. An einer einfachen schwingenden Platte wird einerseits die Zerlegung einer beliebigen Deformation in modale Basisfunktionen und andererseits die Reduktion in ein Zustandsraummodell geübt.

Tag 2

M5: MOR - Modell Ordnungs Reduktion

In Systemen erster Ordnung in der Zeit (Wärmeleitung, Diffusion) gibt es keine Eigenmoden, hier wird für die Beschreibung der zeitabhängigen Vorgänge aus ANSYS Mechanical eine Reduktion in den Krylov-Raum verwendet. Das geschieht mit dem Werkzeug Model Reduction inside ANSYS. Auf diese Weise wird ein einfaches thermisches System analysiert.

M6: LTI - linear zeitinvariante Systeme

Lineare Fluid-Probleme lassen sich durch Kenntnis der Sprungantwort in Zustandsraummodelle transferieren, dabe hilft der Simplorer selbst. Als Beispiel dient uns das Temperaturverhalten eines Batterie-Packs.

M7: ECE - Elektromagnetische Reduktion

Der nichtlineare Zusammenhang zwischen Durchflutung und Position eines Aktuator einerseits und dem verketteten Fluss sowie der generalisierten Kraft andererseits beschreibt die elektrische und mechnische Bewegung eines Aktuators vollständig. Das Beispiel Relais wird hier detailliert diskutiert.

M8: MOP - Metamodel of Optimal Prognosis

Wenn wir viele experimentelle Daten zum Verhalten eines Objektes haben, können wir daraus ein rein mathematisches Modell erstellen. Als Kriterium dient die Prognosefähigkeit. Zur Übung wird eine nichtlineare Feder in ein MOP verwandelt.

Tag 3

M9: Kausale und konservative Beschreibung von Komponenten

Im Simplorer habe wir die Möglichkeit, die beiden grundlegenden Beschreibungsvarianten von Systembestandteilen gleichzeitig zu nutzen. Konservative Verbindungen kennen wir von elektrischen Schaltungen, kausale Verbindungen werden hauptsächlich für den Informationsfluss in Algorithmen eingesetzt.

M10: VHDL - Beschreibungssprache für Verhaltensmodelle

Die Beschreibungssprache für multiphysikalische Domänen (Very high speed integrated circuits Hardware Description Language) erlaubt die Generation von fast beliebigen selbst konstruierten konzentrieren Modellen, wir beschreiben als Beispiel den nichtlinearen Hertz'schen Kontakt mit VHDL.

M11: Modell Import, Export, Modelica, FMU

In diesem Kapitel diskutieren wir die Möglichkeiten zum Import und Export von Modellen, die Einbindung der vielfach benutzen Modelica-Bibliotheken und die Entwicklung Richtung FMU (functional mockup unit)

M12: Co-Simulation mit ANSYS -Werkzeugen

Die Beschreibung des Einfahrens eines Bugfahrwerkes als Co-Simulation zwischen Simplorer und der Mehrkörpersimulation in ANSYS Mechanical wird benutzt um die Besonderheiten der Co-Simulation zu verstehen.

TEILNEHMERHINWEIS

Jeder Teilnehmer dieses Seminars erhält auf Anfrage für 3 Monate eine Trainingslizenz zum Produkt Model Reduction inside ANSYS (MOR ACT)