Software: SimX - Nadelantrieb - Aktordynamik - Versuchsstand: Unterschied zwischen den Versionen
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* Das Simulationsmodell sollte deshalb vor dem Einfügen in den | * Das gespeicherte Simulationsmodell sollte deshalb vor dem Einfügen in den Experiment-Workflow unbedingt mit einer sinnvollen Ausgangslösung konfiguriert sein (vollständiger Prägezyklus!). | ||
* Vor der Auswahl der Modell-Datei im OptiY-Workflow sollte diese Modell-Datei im ''SimulationX'' geöffnet sein! | |||
* Nach dem Öffnen der .isx-Datei das Arbeitsverzeichnis Relativpfad \ eintragen (wegen der Portabilität):<div align="center"> [[Bild:Software_SimX_-_Nadelantrieb_-_Aktordynamik_-_Versuchsstand_SimulationX-Modell.gif|.]] </div> | |||
'''3. Entwurfsparameter (Nennwerte)''' | '''3. Entwurfsparameter (Nennwerte)''' | ||
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* Windungszahl '''w_Spule''' | |||
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* | * Ankerdurchmesser '''d_Anker''' | ||
* Federsteifigkeit '''k_Feder''' | |||
* Vorspannweg der Feder '''s0''' | |||
Der Zeitbedarf für die Lösungssuche steigt zumindest proportional mit der Anzahl der berücksichtigten Entwurfsparameter: | |||
* Entwurfsparameter, welche man anderweitig einfach bestimmen kann, sollte man nicht durch numerische Optimierung suchen lassen. | |||
* Im Beispiel ist das offensichtlich der Vorspannweg '''s0''', der über Abhängigkeiten aus der aktuellen Nadel-Masse und der Federkonstante berechnet wird (Siehe Etappe1). | |||
* Es sind in dieser Etappe nur die folgenden 5 unabhängigen Entwurfsparameter zu berücksichtigen:<div align="center"> [[Bild:Software_SimX_-_Nadelantrieb_-_Aktordynamik_-_entwurfsparm_definiert.gif| ]] </div> | |||
* ''Startwerte'': | * ''Startwerte'': | ||
: In den Eigenschaften der einzelnen Entwurfsparameter | : In den Eigenschaften der einzelnen Entwurfsparameter muss der aktuelle Wert aus dem Simulationsmodell als Startwert eingetragen werden (da dieser in der aktuellen OptiY-Version nicht automatisch übernommen wird). | ||
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: Die standardmäßig eingetragenen Grenzen muss man | : Die standardmäßig eingetragenen Grenzen muss man noch im Sinne möglicher Lösungen anpassen. | ||
# Man sollte die Hinweise aus der 1.Etappe beachten. | # Man sollte die Hinweise aus der 1. Etappe beachten. | ||
# Grenzwerte sollte man "hinreichend" weit entfernt von physikalisch sinnlosen Werten setzen: | # Grenzwerte sollte man "hinreichend" weit entfernt von physikalisch sinnlosen Werten setzen: | ||
#* z.B. sind negative Spulenwiderstände (meist) sinnlos. | |||
#* Während der Optimierung können Lösungen außerhalb der vorgegebenen Grenzen entstehen, die infolge schlechter Bewertung jedoch wieder verworfen werden. | |||
#* Physikalisch sinnlose Parameterbelegungen führen im Modell oft zu numerischen Instabilitäten (Absturz) und können durch Wahl geeigneter Grenzwerte vermieden werden. | |||
* ''Typen'': | * ''Typen'': | ||
: | : Für unser ''SimulationX''-Modell kann man ausschließlich Nennwerte vom Typ "Variable" oder "Konstante" verwenden. Dabei handelt es sich im Zahlenwerte im REAL-Format. "Variable" Entwurfsparameter sind freigegeben für die Veränderung durch das Optimierungsverfahren. | ||
: Durch Angabe einer "Genauigkeit" beschreibt man die kleinste Abstufung zwischen zwei Werten: | : Durch Angabe einer "Genauigkeit" beschreibt man die kleinste Abstufung zwischen zwei Werten:[[Bild:Software_SimX_-_Nadelantrieb_-_Aktordynamik_-_windungszahl_ganzzahlig.gif|right]] | ||
:* Ankerdurchmesser und Federkonstante sind weitestgehend frei fertigbar (Genauigkeit=0). | :* Ankerdurchmesser und Federkonstante sind weitestgehend frei fertigbar (Genauigkeit=0). | ||
:* Durch die Wahl von geeigneter Spulengeometrie und Drahtdurchmesser lässt sich ein ermittelter Spulenwiderstand hinreichend genau realisieren (Genauigkeit=0). | :* Durch die Wahl von geeigneter Spulengeometrie und Drahtdurchmesser lässt sich ein ermittelter Spulenwiderstand hinreichend genau realisieren (Genauigkeit=0). | ||
:* Der | :* Der Schutzwiderstand sollte einer Norm-Reihe entstammen. Da der Wert selbst wahrscheinlich ziemlich unkritisch ist, kann man den erhaltenen Optimalwert einfach auf den nächst möglichen abrunden (Genauigkeit=0). | ||
:* Eine Besonderheit weist die Windungszahl auf: | :* Eine Besonderheit weist die Windungszahl auf: | ||
:** Es gibt technisch nur ganze Windungszahlen. | :** Es gibt technisch nur ganze Windungszahlen. | ||
:** Prinzipiell könnte man als Optimum auch eine gebrochene Windungszahl ermitteln und diesen Wert nachträglich runden. | :** Prinzipiell könnte man als Optimum auch eine gebrochene Windungszahl ermitteln und diesen Wert nachträglich runden. | ||
:** Über "Genauigkeit=1" | :** Über "Genauigkeit=1" sollte man jedoch die Optimierung zwingen, nur ganze Werte für die Windungszahl zu verwenden. | ||
'''4. Forderungen (Restriktionen)''' | '''4. Forderungen (Restriktionen)''' | ||
* Die Forderung nach einer maximal zulässigen Zykluszeit von 3, | * Die für die Bewertungsgrößen erforderlichen Ausgangsgrößen müssen "sorgfältig" mit dem SimulationX-Modell verbunden werden → nur die Variablen an den Compound-Schnittstellen verwenden! | ||
* Die Forderung nach einer maximal zulässigen Zykluszeit von '''3,6 ms''' muss nicht als Restriktion formuliert werden, da wir die Zykluszeit noch als Gütekriterien definieren. | |||
* So genügt die Definition der restlichen drei Forderungen:<div align="center"> [[Bild:Software_SimX_-_Nadelantrieb_-_Aktordynamik_-_restriktionen_definiert.gif| ]] </div> | * So genügt die Definition der restlichen drei Forderungen:<div align="center"> [[Bild:Software_SimX_-_Nadelantrieb_-_Aktordynamik_-_restriktionen_definiert.gif| ]] </div> | ||
* In den Eigenschaften der Restriktionsgrößen definiert man den zulässigen Bereich über die Grenzwerte: | * In den Eigenschaften der Restriktionsgrößen definiert man den zulässigen Bereich über die Grenzwerte: | ||
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** '''vMax=-200 V ... 200 V''' | ** '''vMax=-200 V ... 200 V''' | ||
* Alle Restriktionsgrößen sollten vorläufig mit dem gleichen Gewichtsfaktor=1 berücksichtigt werden. | * Alle Restriktionsgrößen sollten vorläufig mit dem gleichen Gewichtsfaktor=1 berücksichtigt werden. | ||
* Restriktions- und Ausgangsgrößen sind im Experimentworkflow mit den gleichen Maßeinheiten zu verwenden. | |||
'''5. Wünsche (Gütekriterien)''' | '''5. Wünsche (Gütekriterien)''' | ||
* Die Auflistung der Wünsche bereitet erfahrungsgemäß die geringsten Probleme. | * Die Auflistung der Wünsche bereitet erfahrungsgemäß die geringsten Probleme. | ||
* Im Beispiel verfolgen wir vorläufig den Wunsch aus der 1.Etappe weiter: | * Im Beispiel verfolgen wir vorläufig den Wunsch aus der 1.Etappe weiter:<div align="center">[[Bild:Software_SimX_-_Nadelantrieb_-_Aktordynamik_-_guete_definiert.gif|Software_SimX_-_Nadelantrieb_-_Aktordynamik_-_guete_definiert.gif]]</div> | ||
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<div align="center"> '''''Wir wünschen uns einen möglichst kurzen Prägezyklus!''''' </div> | <div align="center"> '''''Wir wünschen uns einen möglichst kurzen Prägezyklus!''''' </div> | ||
'''6. Optimierungsverfahren''' | '''6. Optimierungsverfahren''' | ||
* Wir wählen das Hooke-Jeeves-Verfahren. | * Wir wählen das Hooke-Jeeves-Verfahren mit manuell einzustellenden Startschrittweiten. | ||
* Bei der Konfiguration der Startschrittweiten für die Entwurfsparameter nutzen wir die Erfahrungen aus der 1. Etappe. | |||
<div align="center"> '''Achtung:''' Speichern nicht vergessen! </div> | <div align="center"> '''Achtung:''' Speichern nicht vergessen! </div> | ||
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Aktuelle Version vom 26. Februar 2024, 18:24 Uhr
Versuchsstand-Konfiguration
Nach den Erfahrungen aus der vorherigen Etappe, sollte es keine Probleme bereiten, nach dem Start von OptiY einen numerischen Versuchsstand als Projekt zu konfigurieren:
- Neues Projekt öffnen
- Simulationsmodell einfügen
- Entwurfsparameter (Nennwerte)
- Forderungen (Restriktionen)
- Wünsche (Gütekriterien)
- Optimierungsverfahren
- Visualisierung vorbereiten
Dazu im Folgenden einige Hinweise:
1. Neues Projekt öffnen
- Nach dem Start von OptiY ist bereits eine neue Projekt-Datei mit einem (leeren) Experiment geöffnet.
- Diese sollte man sofort Speichern und dabei den gleichen Namen verwenden, wie für das Simulationsmodell der aktuellen Etappe (Etappe2a_xx.opy).
2. Simulationsmodell einfügen
- Die aktuellen Parameter des Simulationsmodells werden als Startwerte für die noch zu wählenden Entwurfsgrößen genutzt.
- Das gespeicherte Simulationsmodell sollte deshalb vor dem Einfügen in den Experiment-Workflow unbedingt mit einer sinnvollen Ausgangslösung konfiguriert sein (vollständiger Prägezyklus!).
- Vor der Auswahl der Modell-Datei im OptiY-Workflow sollte diese Modell-Datei im SimulationX geöffnet sein!
- Nach dem Öffnen der .isx-Datei das Arbeitsverzeichnis Relativpfad \ eintragen (wegen der Portabilität):
3. Entwurfsparameter (Nennwerte)
Gesucht werden innerhalb dieser Etappe die optimalen Nennwerte für folgende Entwurfsparameter:
- Windungszahl w_Spule
- Spulenwiderstand R_Spule
- Schutzwiderstand R_Schutz
- Ankerdurchmesser d_Anker
- Federsteifigkeit k_Feder
- Vorspannweg der Feder s0
Der Zeitbedarf für die Lösungssuche steigt zumindest proportional mit der Anzahl der berücksichtigten Entwurfsparameter:
- Entwurfsparameter, welche man anderweitig einfach bestimmen kann, sollte man nicht durch numerische Optimierung suchen lassen.
- Im Beispiel ist das offensichtlich der Vorspannweg s0, der über Abhängigkeiten aus der aktuellen Nadel-Masse und der Federkonstante berechnet wird (Siehe Etappe1).
- Es sind in dieser Etappe nur die folgenden 5 unabhängigen Entwurfsparameter zu berücksichtigen:
- Startwerte:
- In den Eigenschaften der einzelnen Entwurfsparameter muss der aktuelle Wert aus dem Simulationsmodell als Startwert eingetragen werden (da dieser in der aktuellen OptiY-Version nicht automatisch übernommen wird).
- Grenzwerte:
- Die standardmäßig eingetragenen Grenzen muss man noch im Sinne möglicher Lösungen anpassen.
- Man sollte die Hinweise aus der 1. Etappe beachten.
- Grenzwerte sollte man "hinreichend" weit entfernt von physikalisch sinnlosen Werten setzen:
- z.B. sind negative Spulenwiderstände (meist) sinnlos.
- Während der Optimierung können Lösungen außerhalb der vorgegebenen Grenzen entstehen, die infolge schlechter Bewertung jedoch wieder verworfen werden.
- Physikalisch sinnlose Parameterbelegungen führen im Modell oft zu numerischen Instabilitäten (Absturz) und können durch Wahl geeigneter Grenzwerte vermieden werden.
- Typen:
- Für unser SimulationX-Modell kann man ausschließlich Nennwerte vom Typ "Variable" oder "Konstante" verwenden. Dabei handelt es sich im Zahlenwerte im REAL-Format. "Variable" Entwurfsparameter sind freigegeben für die Veränderung durch das Optimierungsverfahren.
- Durch Angabe einer "Genauigkeit" beschreibt man die kleinste Abstufung zwischen zwei Werten:
- Ankerdurchmesser und Federkonstante sind weitestgehend frei fertigbar (Genauigkeit=0).
- Durch die Wahl von geeigneter Spulengeometrie und Drahtdurchmesser lässt sich ein ermittelter Spulenwiderstand hinreichend genau realisieren (Genauigkeit=0).
- Der Schutzwiderstand sollte einer Norm-Reihe entstammen. Da der Wert selbst wahrscheinlich ziemlich unkritisch ist, kann man den erhaltenen Optimalwert einfach auf den nächst möglichen abrunden (Genauigkeit=0).
- Eine Besonderheit weist die Windungszahl auf:
- Es gibt technisch nur ganze Windungszahlen.
- Prinzipiell könnte man als Optimum auch eine gebrochene Windungszahl ermitteln und diesen Wert nachträglich runden.
- Über "Genauigkeit=1" sollte man jedoch die Optimierung zwingen, nur ganze Werte für die Windungszahl zu verwenden.
4. Forderungen (Restriktionen)
- Die für die Bewertungsgrößen erforderlichen Ausgangsgrößen müssen "sorgfältig" mit dem SimulationX-Modell verbunden werden → nur die Variablen an den Compound-Schnittstellen verwenden!
- Die Forderung nach einer maximal zulässigen Zykluszeit von 3,6 ms muss nicht als Restriktion formuliert werden, da wir die Zykluszeit noch als Gütekriterien definieren.
- So genügt die Definition der restlichen drei Forderungen:
- In den Eigenschaften der Restriktionsgrößen definiert man den zulässigen Bereich über die Grenzwerte:
- Praegung=1.0 ... 1.1
- iMax=0 A ... 1,5 A
- vMax=-200 V ... 200 V
- Alle Restriktionsgrößen sollten vorläufig mit dem gleichen Gewichtsfaktor=1 berücksichtigt werden.
- Restriktions- und Ausgangsgrößen sind im Experimentworkflow mit den gleichen Maßeinheiten zu verwenden.
5. Wünsche (Gütekriterien)
- Die Auflistung der Wünsche bereitet erfahrungsgemäß die geringsten Probleme.
- Im Beispiel verfolgen wir vorläufig den Wunsch aus der 1.Etappe weiter:
Wir wünschen uns einen möglichst kurzen Prägezyklus!
6. Optimierungsverfahren
- Wir wählen das Hooke-Jeeves-Verfahren mit manuell einzustellenden Startschrittweiten.
- Bei der Konfiguration der Startschrittweiten für die Entwurfsparameter nutzen wir die Erfahrungen aus der 1. Etappe.
Achtung: Speichern nicht vergessen!