Transcript AMESim basics - Budapest University of Technology and

Imagine.Lab AMESim
AMESim = Advanced Modeling Environment for performing
Simulations of engineering systems.
• Különböző fizikájú rendszerek együttes szimulációja
• Széleskörű alkalmazási lehetőség
• Stacioner, tranziens és frekvenciafüggő analízis
• Szimulációk készíthetők MIL/SIL/HIL (Model/Software/Hardware-in-theloop) és valós idejű (Real-time) rendszerekre
• Lineáris és nemlineáris rendszerek
• Paraméter érzékenység vizsgálat
• Integráció CAE szoftverekkel
Imagine.Lab AMESim
Felépítés
Imagine.Lab AMESim
AMESim: 1D koncentrált paraméterű dinamikus szimulációs fejlesztőeszköz.
1D: a rendszer jellemzői (pl. nyomás, hőmérséklet) csak egy dimenzió mentén
terjednek (pl. áram egy vezetékben).
Koncentrált paraméter: olyan egyszerűsítés, mely szerint egy térben elosztott
jellemzőkkel rendelkező fizikai rendszer modellezése skalár paraméterekkel
történik.
Dinamikus: időfüggő, tranziens vizsgálatok elvégzésére is képes.
Ikonok jelenítik meg a rendszer elemeit, melyek olyan szabványos
szimbólumokon alapulnak, mint pl. a hidraulikus és pneumatikus komponensek
ISO megfelelői. Ha nincs ilyen szabvány, akkor olyan szimbólumokon, melyekről a
komponens könnyen felismerhető.
Kommunikáció más szoftverekkel
Interface: közvetlen kommunikáció
szoftverek között az együttműködés
és az egyes szoftverek legjobb
tulajdonságainak hasznosítására.
Export facility: AMESim futtatható
fájlok programon kívüli futtatása a kiés bemenő paraméterek továbbá a
kiértékelés előre meghatározásával.
Elmentett adatok
Egy AMESim mentés tartalma:
• NAME.ame: tartalmazza az összes file-t melyek szükségesek a modellhez TAR formátumban. A
következő file-okat találhatjuk benne:
• NAME_.000.png: the image used to display a preview of the model.
• NAME_.c: the source code generated by AMESim for the model.
• NAME_.cir: a description of the complete system including the form and position of each component, the position of each line, a description of each
submodel and values currently set, description and position of any text annotating the system, details of any linear analysis requested.
• NAME_.data: contains parameter values set for the model which will be read when the executable runs. These values are ordered according to the
parameter list defined in the '.param' file (see below).
• NAME_.err: counts how many times each state and implicit variable limited the integration step size.
• NAME_.exe: (Windows) or NAME_ (Unix): the executable created for the model.
• NAME_.geo: contains geometrical information generated by the Planar Mechanical library, for post-processing by AMEAnimation.
• NAME_.gp: contains the list of global parameters defined in the model.
• NAME_.la: contains the details of any linear analysis requested.
• NAME_.lock: contains details on the 'locked/unlocked' status of state variables. This file is only used in a stabilizing run.
• NAME_.make: contains instructions required to compile the source code and produce the executable.
• NAME_.obj (compiled with MSVC++ under Windows) or NAME_.o (compiled with GCC under Windows, or compiled under Unix): the object file
corresponding to the source code of the model.
• NAME_.param: contains a list of all parameters preceded by their submodel name and instance. See the '.var' file below.
• NAME_.results: contains the results of a simulation run.
• NAME_.results.n: contains the results of the nth batch simulation run.
• NAME_.sad: define characteristics of a batch run ('varying between two limits' option).
• NAME_.sai: define characteristics of a batch run ('user-defined data sets' option).
• NAME_.sim: contains parameters specifying the run as set in the 'Run Parameters' dialog box.
• NAME_.ssf: define which variables are to be saved in the results file.
• NAME_.state: contains a list of the state and implicit variables. The latter includes both implicit variables declared in submodels and those
generated by AMESim to resolve implicit loops.
• NAME_.var: contains a list of all external and internal variables used for the current model. Each item in the list consists in the submodel name and
instance number, variable title and units.
AMESim alapok
Szimuláció készítése AMESim-ben:
• Vázlatrajz, melynek során a rajzterületre ikonokat, szimbólumokat helyezünk.
• Az egyes ikonokhoz matematikai leírásokat rendelünk.
• Beállítjuk a komponensek paramétereit.
• Beállítjuk a futtatási paramétereket és futtatjuk a rendszert.
• Kiértékeljük az eredményeket, pl. grafikonok használatával.
Rendszermodell: a modellezett rendszer dinamikus működését leíró egyenletek
számítógépes kódban leírva.
Almodell: a modellezett rendszer komponenseit leíró egyenletek számítógépes
kódja.
Az AMESim kiterjedt ikon- és almodell-könyvtárakkal rendelkezik.
AMESim dokumentáció
A dokumentáció elemei:
• HTML és PDF kézikönyvek az AMESim komponensekhez.
• PDF kézikönyvek az elemkönyvtárakhoz.
• HTML segédletek az almodellekhez.
A dokumentáció megjelenítése: Help/Online, vagy F1.
Két megjelenítési mód:
• HTML böngésző
• AMEHelp dokkolóablak.
Az AMESim programcsomag
• AMESim
Az AMESim segítségével az alábbiak végezhetők el:
• AMECustom
• ÚjAMECustom
szimuláció készítése.
Az
segítségével almodellek és
szuperkomponensek testreszabhatók. A testreszabott
•Képzett
LétezőAMESim
szimuláció
vázlatánakújmódosítása.
felhasználók
ikonokat és
komponens az eredetin alapul, amire egy maszk kerül. Ez a
almodelleket
hozhatnak létre az AMESet segítségével,
•AzAlmodell
cseréje.
maszk
csak
a vizsgálandó
paramétereket
teszi láthatóvá.
AMERun
valójában
az AMESim,
Vázlat és Almodell
módok nélkül.
illetve meglevő almodelleket ill. elemkönyvtárakat
Az
AMERun
segítségével
az alábbiak
végezhetők
el:
•szerkeszthetnek.
Szimulációk
megnyitása.
Ezzel
a módszerrel
összetett
rendszerek
megjelenítését
lehet
•egyszerűsíteni,
Szimulációk megnyitása.
így a megrendelőnek nem kell a bonyolult
•• Paraméterek
Paraméterekbeállítása.
beállítása.
összeállítást megismernie.
•• Egyszerű
futtatások.
Egyszerűésésbatch
batch
futtatások.
• AMESet
• AMERun
• Eredmények grafikonos megjelenítése.
analízis.
• Lineáris
Eredmények
grafikonos megjelenítése.
Nem
végezhető
el:
• Lineáris
analízis.
• Új szimuláció készítése.
• Létező
Aktivitásindex
vizsgálat.
szimuláció
vázlatának módosítása.
• Almodell cseréje.
• Modellek exportálása AMESim-en kívüli futtatásra.
Az alábbi feladatok elvégzésére ajánlott:
•• Technikusok,
Design Exploration
elemzések.
gyakornokok
által elvégezhető paramétervizsgálatok,
gyakorlott mérnökök által készített szimulációkon;
• Megrendelők számára készített rendszerek;
• Vevők számára előregyártott rendszerek működésének bemutatása.
Különböző összetettségi szintek
Táblázatos modell:
F(x,I) és L(x,I)
Különböző egyszerűsítések
Állandó rugalmassági
tényező  és sűrűség 
Koncentrált paraméterű
modell a geometria és a
mágneses anyagjellemzők
figyelembevételével
(hiszterézis, örvényáram,
szivárgó áram)
 és  a nyomás függvénye
(levegősödés, kavitáció)
 és  a nyomás és a
hőmérséklet függvénye
(hőhatások)
Lamináris vagy
turbulens áramlás
Kavitációs tényező
Különböző összetettségi szintek
Alapvető elemek
...
Modellezési szintek
4 modellezési szint:
/*Calculation Function Executable Statements*/
/* Jack area */
area = c[0];
*q1 = (*v3) * area / q0top_(p1);
*f3 = (*f2) + (*p1) * area;
*length = x0 - *x3;
*vol1 = *length * area;
Komponensek
Egyenletek (AMESet)
Alapvető elemek
Blokkdiagram
Solver
• A megoldó automatikus és dinamikus
kiválasztása
– ODE : LSODA (
)
+Adams Moulton (nem merev)
+GEAR’S (merev)
– DAE : DASSL (
)
• Diszkontinuitáskezelés
• Saját elemkönyvtárak készítése: AMESet
• Hozzáférés a forráskódhoz
Multiport módszer
Jel módszer:
Multiport módszer:
• alapvetően matematikai
• a komponensek közti
kapcsolatot a portokon keresztüli
teljesítmény-átvitel definiálja
• irányítástechnikai
szakembereknek
• mérnököknek
QP
pP
P1
QA
P2
Q1
QB
Q2
Portok
Portok: Azok a pontok ahol az ikonok összekapcsolódnak.
Ha egy ikonnak nincs portja, akkor nem kapcsolható össze más ikonnal (bár
egyéb módon kommunikálhatnak)
Két port csak akkor csatlakozhat ha egyformák (kivétel: jel port)
Port típusok:
lineáris
forgó
áramlás
elektromos
jel
bemenet
jel
kimenet
termál
Portok
Port típusok:
• Lineáris: 1D lineáris mozgás (pl. dugattyúrúd).
Átvitt fizikai mennyiségek: erő és sebesség.
• Forgó: tengelyek (pl. szivattyú- ill. motortengely).
Átvitt fizikai mennyiségek: forgatónyomaték és szögsebesség.
• Áramlás: hidraulikus, pneumatikus folyadékok (pl. szivattyú, kompresszor).
Átvitt fizikai mennyisékek: nyomás és térfogatáram (hidraulikus), abszolút nyomás és
tömegáram (pneumatikus) vagy abszolút hőmérséklet és hőteljesítmény (termál áramlás).
• Elektromos: elektromos teljesítmény.
Átvitt fizikai mennyiségek: áram és feszültség.
• Jel: nem fizikai mennyiség átvitele. Külön ki- és bemeneti portok a jel adására és vételére.
Átvitt fizikai mennyiségek: -
• Termál: hőáram szilárd ill. folyékony anyagok között.
Átvitt fizikai mennyiségek: hőmérséklet és hőáram.
Könyvtárak
Mechanikus
A legtöbb rendszer általában tartalmaz mechanikus elemet is,
ugyanakkor léteznek kizárólag mechanikus rendszerek is. Lineáris és
forgó komponenseket is tartalmaz.
Tipikus elemek: tömeg, rugó, csillapítás, kontakt, holtjáték, súrlódás,
kar, áttétel, kábel, csiga.
Kontrol
Tartalmazza a rendszer irányításához, méréséhez, megfigyeléséhez
szükséges elemeket. Számos jelforrást és matematikai eszköz tartozik
ide. Szükség esetén blokkdiagramok készítésére is használható.
Tipikus elemek: jelforrás, jelerősítő, integrátor, késleltetés, átviteli
függvények, egyenletblokkok.
Könyvtárak
Hidraulikus
Számos alapvető hidraulikus komponenst tartalmaz, mellyel ideális
dinamikus viselkedésű rendszerek szimulálhatók a komponensek
teljesítményadatai alapján.
Tipikus elemek: fluid properties, nodes, tanks, pressure and flow
sources, accumulators, several valves, orifices, pumps, motors, and
actuators.
Hidraulikus csövek
A hidraulikus komponensek összekötése után az összekötő vonalak
csöveket is jelképezhetnek. 10 különböző matematikai modell áll
rendelkezésre, melyek egyre részletesebb leírást tesznek lehetővé. A
fejlettebb modellek pl. figyelembeveszik a hullámeffektusokat, kavitációt,
összenyomhatóságot, frekvenciafüggő súrlódást, csőfali deformációt.
Könyvtárak
Hidraulikus komponensek (HCD)
Hidromechanikus rendszerek alapvető építőelemei. A legkülönfélébb
rendszerek modellezhetők injektortól szervoszelepig.
Tipikus elemek: tömeg súrlódással, dugattyú, szivárgás, különféle
szelepek és átömlőnyílások.
Hidraulikus veszteség (HR)
Bizonyos rendszereknél ahol a nagy térfogatáramhoz kis nyomás
tartozik, fontos az egyes elemeken fellépő nyomásesés meghatározása.
Ez a könyvtár az elemek geometriai kialakítása alapján határozza meg
a nyomásveszteséget.
Tipikus elemek: csőcsatlakozások, csőelemek, speciális
átömlőkeresztmetszetek.
Könyvtárak
Pneumatikus (PN)
Komponensszintű és alapvető elemeket tartalmaz egyszerű és
összetett pneumatikus rendszerek vagy éppen nagyméretű
pneumatikus hálózatok leírására.
Tipikus elemek: gáztulajdonság, nyomás- és tömegáram-forrás,
szelepek, átömlőnyílások, dugattyúk.
Pneumatikus csövek
A pneumatikus komponensek összekötése után az összekötő vonalak
csöveket is jelképezhetnek. 8 különböző matematikai modell áll
rendelkezésre, melyek egyre részletesebb leírást tesznek lehetővé. A
fejlettebb modellek pl. figyelembeveszik a hullámeffektusokat,
összenyomhatóságot, frekvenciafüggő súrlódást, csőfali deformációt.
Könyvtárak
Termál (TH)
Szilárd anyagok közti hőátvitel modellezésére. Fel lehet használni a
termohidraulikus és termopneumatikus könyvtárak elemeinek
összekötésére is.
Tipikus elemek: szilárd anyagok hőtani tulajdonságai, hőmérséklet- és
hőáram-forrás, hőkapacitás, hővezetés, hőátadás, hősugárzás
Termohidraulikus (THH)
A hidraulikus veszteségek könyvtárhoz hasonló elemeket tartalmaz,
azonban figyelembe veszi a súrlódás által generált hőveszteséget, ill.
összeköttetést biztosít egyéb hőátviteli modellekkel.
Tipikus elemek : a hidraulikus veszteségek könyvtárhoz hasonló
Könyvtárak
Termohidraulikus komponensek
A hidraulikus komponensek könyvtárhoz hasonló, de figyelembe veszi
a hőhatásokat, mint pl. a súrlódás keltette hőt ill. az egyes elemek
hőkapacitását.
Tipikus elemek: a hidraulikus komponensek könyvtárhoz hasonló
Termopneumatikus (THPN)
A pneumatikus könyvtárhoz hasonló, azonban figyelembe veszi a
komponensek és a környezetük közti hőátvitelt. Szilárd (termál) ill.
hidraulikus (termohidraulikus) elemekkel is összeköthető.
Tipikus elemek: a pneumatikus könyvtárhoz hasonló
Könyvtárak
Hűtőrendszerek (CS)
Belsőégésű motorok és egyéb hőerőgépek hűtőrendszerének
modellezésére.
Tipikus elemek: szivattyúk, hőerőgép, radiátor, termosztát,
tágulótartály, kompresszor.
Feltöltés (FI)
A hidraulikus veszteség könyvtárhoz hasonló, az üres hidraulikus
rendszerek hidraulikafolyadékkal való feltöltésének modellezésére.
Kétféle munkaközeget tartalmaz, melyek nem keverednek.
Tipikus elemek: a hidraulikus veszteség könyvtárhoz hasonló
Könyvtárak
Erőátvitel (TR)
Hajtáslánc ill. azok elemeinek modellezésére, a vibráció és
veszteségek figyelembevételével. A hidraulikus és a mágneses
könyvtárral együtt akár automata váltók is modellezhetők.
Tipikus elemek: hajtómű, dugattyús mechanizmus, nyomatékváltó,
csúszókuplung, fogaskerekek, szinkrongyűrű, fék, bolygómű,
differenciálmű.
Elektromágneses (EM)
Elektromágneses körök modellezésére, a hiszterézis ill. a dielektromos
jellemzők figyelembevételével.
Tipikus elemek: mágneses anyagjellemzők, elektromágnes, légrés,
állandó mágnes, vezérlőáramkör, ellenállás, kondenzátor, tekercs,
dióda, földelés.