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Fluidtechnik

Flexibilität durch Verkettung

28.09.2006 | Redakteur:

Co-Simulation durch parallele Berechnung in mehreren Programmen. Der Entwicklungstrend in der Projektierung fluidtechnischer Systeme geht zu immer leistungsfähigeren, aber gleichzeitig kompakteren...

Co-Simulation durch parallele Berechnung in mehreren ProgrammenDer Entwicklungstrend in der Projektierung fluidtechnischer Systeme geht zu immer leistungsfähigeren, aber gleichzeitig kompakteren Systemen. Deshalb, und durch die ausgeprägten betriebspunktabhängigen Nichtlinearitäten der Fluidtechnik, wird sowohl die Komponentenauswahl als auch die Regelung immer komplexer. Am deutlichsten sichtbar werden die Entwicklungstrends am Beispiel der Simulationsanwendungen der Automobilindustrie, deren Modelle aus den Domänen Mechanik, Fluidtechnik und Elektrotechnik/Regelungstechnik bestehen. Die Fluidtechnik, die dabei ein Subsystem des übergeordneten mechatronischen Systems repräsentiert, prägt dessen dynamisches Verhalten aufgrund der bekannten Nichtlinearitäten entscheidend. Für eine realitätsnahe Simulation ist es zwingend erforderlich, die Simulationsmodelle der unterschiedlichen Domänen zu einem umfassenden Gesamtsimulationsmodell zu verbinden.Idealerweise wird das Simulationsmodell dabei zunächst in dem auf seine Domäne spezialisierten Programm mit vereinfachten Randbedingungen bearbeitet. Zur Optimierung erfolgt dann die Kopplung mit anderen Simulationsprogrammen, welche die Randbedingungen besser abbilden können. Wichtig ist dabei, dass eine Zusammenführung der Modelle in einem Programm jederzeit und in jedem Stadium möglich ist. Diesen Anforderungen entspricht der DSH-Plus Simulation Tool Chain (STC). Mit Hilfe des STC kann sich der Systementwickler voll und ganz auf die Lösung seines fachspezifischen Problems konzentrieren. Ihm steht dazu die volle Funktionalität der DSH-Plus-Analyse- und -Dokumentationswerkzeuge zur Verfügung, so dass er in den Grenzen seines Aufgabengebietes bis hin zum fertigen System autark arbeiten kann. Die verschiedenen Schnittstellen der STC erlauben jederzeit eine Integration der Arbeiten am fluidtechnischen Subsystem in den Gesamtzusammenhang des Projektes. Die Projektkoordination kann dadurch eine sinnvolle Arbeitsteilung erreichen, was eine effiziente, zügige und kostenoptimierte Entwicklung garantiert.Der einfachste Weg, die STC in der Systementwicklung einzusetzen, ist die Co-Simulation (parallele Berechnung in mehreren Programmen) des Fluidtechniksystems mit den anderen Domänen. Vorteil dieser Kopplung ist, dass die einzelnen Simulationsmodelle in Programmen aufgebaut werden, die für die Eigenarten der entsprechenden technischen Domäne spezialisiert sind. Überschreiten die Systeme jedoch eine gewisse Komplexitätsgrenze oder sind die einzelnen Teilsysteme fertig konfiguriert, sollte nach alternativen Kopplungsmöglichkeiten gesucht werden, weil der Verwaltungsaufwand sehr groß wird und immer Vollversionen aller beteiligten Simulationsprogramme benötigt werden.Die STC bietet dafür den Export von DSH-Plus-Simulationsmodellen als Gleichungssystem oder als sich selbst berechnendes Modul (Solverexport). Auf einem Windows-PC stehen die exportierten Modelle als fertig kompilierte Module zur Verfügung, die direkt als Subsysteme in die Zielprogramme integriert werden können. Im Bedarfsfall ist aber auch die Portierung der Module als C++-Quelltext auf eine andere Hardware oder unter ein anderes Betriebsystem (Unix/Linux) möglich. Das fluidtechnische System wird in Simulink durch einen Co-Simulations-Block repräsentiert, bei dem lediglich die Anzahl der System Ein- oder Ausgänge spezifiziert werden muss. Anschließend wird zunächst DSH-Plus im Co-Simulationsmodus und dann Simulink ganz normal gestartet. Fertig ist die Co-Simulation.Soll das fluidtechnische System jetzt endgültig in das Simulink Modell integriert werden, so ist dazu in DSH-Plus die Exportfunktion auszuführen. Eine S-Funktion des Modells wird erstellt. Je nach Einsatzfall kann es dabei günstiger sein, das DSH-Plus Modell direkt mit seinem eigenen Integrator oder aber nur das Gleichungssystem (Differentialgleichungsexport) zu exportieren. In beiden Fällen muss der Anwender in Simulink anschließend nur noch den Co-Simulations-Block durch einen Funktionsblock ersetzen, den DSH-Plus beim Modellexport automatisch fertig vorkonfiguriert erzeugt. Weitere Änderungen am Simulink Modell sind somit nicht notwendig. Außer der DSH-Plus-STC für Simulink bietet die Fluidon Gesellschaft für Fluidtechnik mbH, Aachen, auch eine STC für Adams mit gleichem Funktionsumfang an. Adams ist ein Mehrkörper-Simulationsprogramm. Auch dabei wird das fluidtechnische System zuerst in der Co-Simulation getestet, bevor es exportiert wird. Das mit der STC exportierte Modell der Luftfeder verwendet anschließend die gleichen Funktionsaufrufe zur Kommunikation mit der Adams-Subfunktion, die zuvor von DSH-Plus für die Co-Simulation genutzt wurden. Eine Neuprogrammierung der Adams-Subfunktion wird hierdurch überflüssig. Bei der Erstellung des Solver-Executable muss der Adams-Anwender lediglich eine Link-Library austauschen. Wesentlicher Vorteil der von Fluidon mit der DSH-Plus-STC präsentierten Verkettung von Simulationswerkzeugen ist, dass die exportier-ten fluidtechnischen Modelle gemeinsam mit den Simulationsmodellen verteilt werden können, in die sie eingebunden werden. Anders als bei der reinen Co-Simulation ist es nicht notwendig, eine Version des erstellenden Programms, hier DSH-Plus, auf dem Zielrechner zu installieren. Eine weitere Stärke der STC ist, dass sich durch den gekapselten Export des DSH-Plus-Modells sehr komfortabel mehr als nur ein einzelnes Fluidtechniksubsystem in das Simulink- oder Adams-Modell integrieren lässt. Hierdurch wird es dem Anwender ermöglicht, eine Bibliothek von Fluidtechnik-Subsystemen zu erstellen, die dann je nach Bedarf in die Simulationsmodelle integriert werden. Die Erstellung eines fluidtechnischen Subsystems für Adams oder Simulink wird somit fast zur grafischen Programmierung.

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