Post on 18-Mar-2020
Fachbereich ElektrotechnikLehrstuhl für Regelungstechnik und SignaltheorieReferent: W. Deis
Einführung in CAE-Simulationssysteme
l Einleitung
l Motivation für CAE-Werkzeuge
l Modellierung technischer Prozesse
l MATRIXX
l MATRIX -CoreX
l MATRIX -SystembuildX
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l Funktionsinhalte von Simulationssystemen
Übersicht über CAE-Simulationssysteme
l Echtzeit-Code
l Kommerzielle Programme
l Freeware
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Motivation für CAE-Werkzeuge
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Klassische Entwurfsmethoden der
Regelungstechnik
Neue Entwurfsmethoden
Modellierung technischer Prozesse
Generierung von Source-Code
- lineare Entwurfsmethoden (Frequenz-
kennlinien, WOK)
- nichtlinearer Entwurf
- Optimierungsverfahren
- Zustandsregler
- Fuzzy-Control
- Expertenregler
- Hybride Regelstrukturen
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Modellierung technischer Prozesse
Problemstellung:
Ursprüngliche Vorgehensweise ( CAE):ohne
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Keine geschlossene mathematische Lösung
angebbar
Test an realem Prozess nicht möglich
1). Strukturbild & Systemgleichungen
2). Diskretisierung und Verwendung von
numerischen Routinen zur Integration
3). Implementierung mit Programmiersprachen
(Basic, C/C++, Pascal, FORTRAN, etc.)
4). Simulation
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Modellierung technischer Prozesse
Nachteil der Implementierung in Quellcode:
m Umsetzung in diskretes Simulationsmodell
Programmierkenntnisse
Abkehr von der eigentlichen Simulationsaufgabe
Individuelle Simulationsprogramme
(intransparent, fehlende Kompatibilität)
Fehleranfällig
Zeitraubend (Fehlersuche)
Komplexe Simulationsprogramme
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Modellierung technischer Prozesse
Vorgehensweise mit CAE-Werkzeugen:
Vorteile:
Nachteile:
1). Strukturbild & Systemgleichungen
- meist bereits in graphischer Form angebbar
2). & 3). entfällt !
4). Simulation
Keine Programmierkenntnisse
Konzentration auf Simulation
weniger fehleranfällig
transparent
zeit- und kosteneffizient
Kauf eines CAE-Simulationssystems (Hard- und
Software)
Numerische Rechenfehler Fehlinterpretationen
Oberflächliche Analyse (wahlloses Simulieren)
Fehlinterpretation aufgrund ungenügender Kenntnis
der verwendeten Rechenverfahren
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CAE-Simulationssyssteme
Übersicht über Simulationssysteme:
Kommerziell:
MATHEMATICA
MAPLE
MODELICA
DYMOLA
DYNASIM
LabView
PSPICE
gPROMS
DORA-PC
Win/UNIX Modellbildung, Simulation,
Reglerentwurf, Matrixalgebra
Win/UNIX Modellbildung, Simulation,
Reglerentwurf, Matrixalgebra
Win/UNIX symbolische und
numerischeMathematik
Win/UNIX symbolische Mathematik
Win Chemische Modelle, elektrische
/ Schaltkreise, Petrinetze,
Zustandsdiagramme, thermo-
dynamische Systeme, Hybride
Systeme, ...
Win/Unix Messwerterfassung und
Verarbeitung
Win Elektrische Schaltkreise
Win Chemische Prozessmodelle
DOS/Win Regelungstechnik, Entwurf,
Analyse, Simulation
MATLAB
MATRIXX
Freeware-Programme:
Win/Linux/DecAlpha/ Simulation,
Sun Sparc/Macintosh Matrixalgebra,
Reglerentwurf
Win/Linux Chemical engineering
Win/Mac Differentialgleichungen,
graph. Ausgabe
ASCEND
MADONNA
Ä
Ä
http://www.cs.cmu.edu/~ascend/
http://www.berkeleymadonna.com/
SCILAB
Ä http://www-rocq.inria.fr/scilab/
CAE-Simulationssyssteme
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CAE-Simulationssysteme
Funktionsumfang:
Grundsätzlich:
mathematische Operationen
- insbesondere Matrix-Operationen
Systemanalyse
- Zustandsdarstellung dynamischer Systeme
Reglersynthese
Simulation
Weiterhin:
Fuzzy-Control-Systeme
System-Identifikation
Modellvereinfachung
Adaptive Regelungen
Neuronale Netze
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MatrixX
Graphisch orientierte Simulationsumgebung für dieModellierung dynamischer Systeme
Modularer Aufbau:
Matrix Corem X
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Systembuild
Control Design Module
System Identification Module
Digital Signal Processing
Robust Control Module
Model Reduction Module
Optimization Module
Fuzzy Control
Matrix Core
Codegeneration:
C
ADA
FORTRAN
Testhardware (AC-100)
X
Beispiel: Matrix / XMathX
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MatrixX
Der Matrix Core (Grundpaket):X
m Kommandozeilen-Interpreter
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Matrizendarstellung und -berechnung
komplexe Zahlen
Strukturierte Programmiersprache
Graphische Darstellung
mathematische Grundfunktionen (sin, cos, ...)
Control Design Module:
m Differentialgleichungen
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Übertragungsfunktionen
Pol/Nullstellendarstellung
Zustandsdarstellung
Reglerentwurf nach
Frequenzkennlinien
Wurzelortskurve
Zustandsregler
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MatrixX
Systembuild:
m Menüorientiert
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Mauseingabe
Graphische Eingabe von Strukturbildern
Hierarchische Modellstrukturierung ( )
Definition eigener
Superblocks
Superblocks
MatrixX
Prototyping:
m Entwurf und Simulation
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Code-Generierung
Test und Nachparametrierung (Validierung)
Hardware-in-the-Loop
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MatrixX
Beispiel eines Systembuild:
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MatrixX
Beispiel: Lissajous-Figuren
t = [0:pi/200:pi]';
x1 = SIN(8*t);
y1 = SIN(10*t);
plot(x1, y1)