Eine modellbasierte Auslegung kann wesentlich dazu beitragen, Entwicklungszeiten zu verkürzen und Risiken zu minimieren. Das zentrale Element einer solchen Auslegung sollte ein durchgehendes, in seinem Detaillierungsgrad an die jeweilige Entwicklungsphase angepasstes Simulationsmodell sein, das von der Präzisierung der Aufgabenstellung über die vergleichende Bewertung verschiedener Lösungskonzepte, die Bereitstellung von Daten für die Auslegung Komponenten bis hin zur virtuellen Erprobung regelungstechnischer Algorithmen genutzt werden kann.
Während für erste Abschätzungen häufig analytisch bestimmte Teilmodelle genutzt werden, nimmt mit fortschreitender Konkretisierung des Systems die Bedeutung numerisch oder experimentell ermittelter Teilmodelle zu. Diese können beispielsweise aus domänenspezifischen Simulationswerkzeugen (z.B. einem FE-Programm) in die Systemsimulation importiert oder aus Messergebnissen identifiziert werden. Diese grundlegenden Modellierungsansätze müssen miteinander kombinierbar und untereinander austauschbar sein. Wesentliche Voraussetzungen für eine effiziente Entwicklung sind daher
- ein modularer, hierarchischer Modellaufbau,
- definierte Schnittstellen zwischen den einzelnen Teilmodellen
- sowie geeignete Ansätze zur Beschreibung der Teilmodelle.
Unsere MATLAB/Simulink® Bibliotheken sehen eine Beschreibung des Systemverhaltens auf Basis alternierender Impedanz- und Admittanzbeschreibungen und hierüber definierter Schnittstellen zwischen den einzelnen Teilmodellen vor. Durch eine Impedanzbeschreibung werden aus physikalischen Flussgrößen (wie mechanischen Geschwindigkeitsdifferenzen oder elektrischen Strömen) Potentialgrößen, also mechanische Kräfte und Momente oder elektrische Spannungen, berechnet. Teilmodelle in einer Admittanzformulierung berechnen entsprechend Flussgrößen aus Potentialgrößen. Die Ausgänge eines Teilmodells in einer Impedanzformulierung sind dann wiederum die Eingänge für ein Teilmodell in Admittanzbeschreibung. Die Blöcke können auch nichtlineare Formulierungen enthalten, bei denen sich die Impedanz- bzw. Admittanzbeschreibung nur auf die Ein- und Ausgänge bezieht.
Das Bild zeigt das Modell einer elastisch gelagerten Platte. Angeregt wird die Platte durch Prozesskräfte die im Teilmodell Anregung berechnet werden. Gemessen werden die Beschleunigungen, die sich an einer anderen Stelle auf der Platte einstellen. Das Admittanzmodell der Platte kann beispielsweise aus einer vorgelagerten FE-Berechnung in die Systemsimulation importiert werden. Für die Lagerungselemente stehen standardisierte Teilmodelle in einer Impedanzformulierung zur Verfügung.
AdaptroSim® Structure and Vibration bündelt bewährte und standardisierte Teilmodelle für die hierarchische und modulare Beschreibung passiver mechanischer Systeme. AdaptroSim® Smart Structures enthält standardisierte Submodelle unterschiedlichen Detaillierungsgrades für Aktoren und Sensoren sowie diverse Algorithmen zur Regelung elektromechanischer Systeme und ermöglicht unter anderem die einfache Modellierung semi-aktiver und aktiver Systeme zur Schwingungsminderung.
Das AdaptroSim®ANSYS®-MATLAB® Interface enthält verschiedene Funktionen zur Modellreduktion von FE-Modellen und stellt eine leistungsfähige Schnittstelle zwischen vorgelagerten numerischen Werkzeugen und der Systemsimulation dar. Alle Teilmodelle und Funktionen verfügen über umfangreiche Dokumentationen, die in die MATLAB®-Hilfe eingebunden sind.