Software: FEM - Tutorial - Magnetfeld - C-Kennfeld-Testmodell

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Kennfeld-Testmodell (C-Code)

(Kein Bestandteil der Lehrveranstaltung FEM )

Bevor man die Kennfelder in ein kompliziertes Antriebsmodell einbindet, sollte man unbedingt ein Testmodell aufbauen, um das richtige Funktionieren zu überprüfen:

• Wir beginnen im SimulationX mit einer neuen Datei, welche wir als Kennfeld_xx.ism speichern (Teilnehmer-Nr. xx=00...99).
• Es werden zwei lokale Element-Typen im Modell definiert, welche jeweils eine der Kennfeld-Funktionen bereitstellen. Der Test erfolgt dann durch eine Rastersuche in einem OptiY-Experiment.
• Wir beginnen im SimulationX-Modell mit dem Elementtyp F_RSM für das Kraft-Kennfeld. Im Modellexplorer > Karte Typen > Wurzeleintrag > Kontextmenü wählen wir Neu > Model.
  
• Als Symbol wird ein 61x61-Pixel-Bild verwendet (nebenstehende Bild-Datei laden), welches eine modifizierte Kopie des 2D-Kennfeld-Symbols aus der SimulationX-Bibliothek darstellt (Symbol > Bitmap öffnen):
  
• Zum Testen speisen wir die Funktionsvariablen Strom i und Luftspalt s als Parameter in das Element ein und führen den Funktionswert der Kraft F als Variable nach außen:

• Achtung: Für diese Komponenten sollte man die gleiche Einheit für die physikalischen Größen wählen, wie sie im FE-Modell verwendet wurden. Das bedeutet, die Luftspalt-Werte sind in mm einzuspeisen! Das ist zurzeit noch erforderlich, wenn man mittels Rastersuche im OptiY die Kennfelder in den gleichen Grenzwerten darstellen möchte, wie die aus der FEM-Simulation gewonnene Antwortfläche. In OptiY erfolgen noch keine Umrechnungen zwischen unterschiedlichen Einheitsdimensionen.
• Das F-Kennfeld wird im Element-Typ unter Lokale Typen als externe Funktion definiert:

Durch Bearbeiten der Funktionseigenschaften definiert man die Schnittstelle zwischen dem SimulationX-Modell und der externen Funktion innerhalb der .dll-Datei:

• Für die allgemeinen Einträge genügen die Standard-Vorgaben.
• Als Argumente der Funktion definieren wir zwei Eingabe- und einen Ausgabeparameter:

• Dabei müssen wir ebenfalls die Maßeinheiten der Funktionsargumente berücksichtigen (z.B. Luftspalt in mm).
• Für die Argumente der Funktion kann man jedoch nur den Typ der physikalischen Größe angeben (z.B. Abmessungen). Deshalb ist es sinnvoll, eventuelle SI-Präfixe im Kommentar eines Arguments zu notieren (z.B. Luftspalt [mm]).
• Die Attribute der Argumente belassen wir auf den Standard-Einträgen.
• Unter den Aufrufkonventionen ist die Liste der Argumente bereits eingetragen. Wir definieren noch den Namen der benutzten .dll-Datei und den Typ der Schnittstelle:

• Wichtig: Man muss die Reihenfolge der Parameter für den Funktionsaufruf beachten!
• Beim Fertigstellen der Funktionsdefinition erfolgt eventuell eine Warnung, dass keine grafische Darstellung definiert wurde. Diese Warnung können wir ignorieren.
• Für das Verhalten des Element-Typs definieren wir abschließend den Funktionsaufruf unter Berücksichtigung der physikalischen Einheiten (Luftspalt in mm):

• Achtung: Die Umrechnung 'm->mm' ist unbedingt erforderlich, da die Kennfeld-Funktion auf der Einheit mm basiert. Innerhalb der SimulationX-Modelle wird aber grundsätzlich mit SI-Einheiten gerechnet, auch wenn man für einzelne Komponenten wegen der Anschaulichkeit abweichende Dimensionen definiert.
• Der lokale Element-Typ F_RSM wird als Element F_Kennfeld innerhalb des SimulationX-Modells verwendet.
• Für einen ersten Test wurde der Stromeingang i mit der Simulationszeit t belegt, die von 0 bis 10 s läuft.
• Sowohl für den Luftspalt s=0 mm, als auch für s=4 mm ergeben sich korrekte Funktionsverläufe. Man erkennt hier deutlich die Knicke im Funktionsverlauf an den ursprünglichen Abtastpunkten des Original-FE-Modells:

• Die Rastersuche nach Einbindung des Modells in ein OptiY-Experiment zeigt die komplette Funktionsfläche. Dabei wurden die gleichen Bereichsgrenzen verwendet, wie zuvor bei der Ermittlung der Antwortfläche anhand des FE-Modells:

Die Einbindung der C-Funktion für das Psi-Kennfeld in das SimulationX-Modell verläuft analog, wie bei dem F-Kennfeld. Es handelt sich praktisch um den gleichen Element-Typ, nur dass die Kraft F durch den Koppelfluss Psi ersetzt wird:

• Man kopiert den lokalen Typ F_RSM in den Bibliotheksordner ExternalTypes (mit <Strg>-Taste beim Drag&Drop).
• Unter ExternalTypes benennt man F_RSM in Psi_RSM um. Dazu muss man zusätzlich den external Type im Type-Designer öffnen und unter "Allgemein" auch den Namen ändern.
• Danach kopiert man den external Type Psi_RSM zu den lokalen Typen des Modells und ersetzt systematisch die Kraft durch den Koppelfluss.
• Es kann das nebenstehende Symbol für Psi_RSM verwendet werden.
• Beide Kennfeld-Elemente sollen durch die gleichen Werte für Strom und Luftspalt gespeist werden. Damit dies innerhalb des OptiY realisiert werden kann, benutzen wir dafür im SimulationX-Modell zwei Function-Signalglieder:
  
• In die Parameter F dieser Funktionsglieder müssen dann im OptiY-Workflow die Werte von Strom und Luftspalt eingespeist werden.
• Im SimulationX-Modell belegen wir die Parameter der Kennfeld-Elemente mit den Ergebnisgrößen der Funktionselemente:

s = 0.001*s.y
i = i.y

• Der Umrechnungsfaktor für den Luftspalt ist erforderlich, damit der Parameterwert s.F in Millimeter eingegeben werden kann.
• Im OptiY-Workflow ergänzen wir die Größen für den Koppelfluss und verbinden i und s mit den Funktionsglieder des SimulationX-Modells:
  
• Im Ergebnis der Rastersuche erhält man im OptiY damit das Psi-Kennfeld in Form eines 3D-Diagramms:
  

Achtung:

• Die Arbeitskopie von Psi_RSM in der ExternalTypes-Bibliothek sollte man löschen, um eine spätere fehlerhafte Anwendung zu vermeiden!
• Sind beide lokalen Element-Typen verifiziert, erzeugt man Kopien im Bibliotheksordner ExternalTypes. Damit stehen die verifizierten externen Funktionen auch für die Implementierung in das eigentliche Antriebsmodell zur Verfügung.

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