Software: FEM - Tutorial - Magnetfeld - Kennfeld-Export als C-Code

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Kennfeld-Export als C-Code

(Kein Bestandteil der Lehrveranstaltung FEM)

Modell-Export als C-Code

Unabhängig davon, nach welchem Verfahren die Antwortflächen des Modells approximiert wurden, kann man die identifizierten mathematischen Funktionen als Programm-Code exportieren (Analyse > Antwortflächen > Modell Export):

• Zurzeit kann in OptiY ein Quelltext als C-, Modelica-, VisualBasic-Code oder als m-Matlab erzeugt werden.
• C-Code kann man auf praktisch jeder verfügbaren Rechner-Hardware abarbeiten lassen. Damit stellt C-Code zurzeit die universellste Form des Code-Exports für Ersatzmodelle dar.
• Wir speichern unser Ersatzmodell als C-Code in die Datei Magnet_xx.c. (xx=Teilnehmer-Nummer in der Lehrveranstaltung).
• Dieser Quelltext enthält unter Benutzung der gewählten Covariance-Funktion die identifizierten Gauß-Ketten für alle Kriterien/Restriktionen (im Folgenden gekürzt):

double Covar_F(double x1[],double x2[],double p[])
{
double Co, W;
W = 0;
for(int i = 0; i<2; i++) {
   W = W + fabs((x1[i]-x2[i])*p[i]);
}
Co = exp(-W);
return Co;
}

double F(double i_, double s_)
{
double p[2];
double x1[2];
double x2[2];
double y = 29.6033584;
p[0] = 0.0953874971;
p[1] = 0.639066599;
x1[0] = i_;
x1[1] = s_;
x2[0] = 5.01;
x2[1] = 2.03;
y = y-3.56544484*Covar_F(x1,x2,p);
x2[0] = 0.01;
x2[1] = 0.03;
y = y-234.552394*Covar_F(x1,x2,p);
x2[0] = 2.01;
x2[1] = 0.03;
y = y+232.803719*Covar_F(x1,x2,p);
   :
   :
x2[0] = 10.01;
x2[1] = 4.03;
y = y-1.36321395*Covar_F(x1,x2,p);
return y;
}

double Covar_Psi(double x1[],double x2[],double p[])
{
double Co, W;
W = 0;
for(int i = 0; i<2; i++) {
  W = W + fabs((x1[i]-x2[i])*p[i]);
}
Co = exp(-W);
return Co;
}

double Psi(double i_, double s_)
{
double p[2];
double x1[2];
double x2[2];
double y = 0.0426131121;
p[0] = 0.332335577;
p[1] = 0.640793101;
x1[0] = i_;
x1[1] = s_;
x2[0] = 5.01;
x2[1] = 2.03;
y = y+0.0020486711*Covar_Psi(x1,x2,p);
x2[0] = 0.01;
x2[1] = 0.03;
y = y-0.0457279401*Covar_Psi(x1,x2,p);
x2[0] = 2.01;
x2[1] = 0.03;
y = y+0.0346149278*Covar_Psi(x1,x2,p);
   :
   :
x2[0] = 10.01;
x2[1] = 4.03;
y = y+0.0100595855*Covar_Psi(x1,x2,p);
return y;
}

Verwendete Compiler-Software

Es soll am Beispiel des Programms SimulationX gezeigt werden, wie der exportierte C-Code mit geringem Aufwand zur System-Simulation eines Magnet-Antriebs genutzt werden kann. Dank gebührt Herrn Tobias Zawada (Mitarbeiter der Firma ITI GmbH) für seine wertvollen Tipps zum Einbinden externer Funktionen in SimulationX-Modelle.

Wir verwenden den freien Gnu-C-Compiler gcc, der Bestandteil der GNU-Compiler Collection ist. Eine Portierung dieser Compiler Collection für Windows läuft unter Cygwin. Von http://www.cygwin.com/ kann man eine aktuelle setup.exe für die Cygwin-Installation kostenlos herunterladen.

Ausführliche Hinweise zur Installation enthält die Installation_Cygwin.pdf von Herrn Sönke Hoffmann (Hochschule Ostwestfalen-Lippe). Von den darin angegebenen Komponenten der Development-Umgebung genügt für unsere Zwecke:

• gcc-core, der C-Compiler,
• make, ein Hilfsprogramm (dass man sicher benötigt)

Hinweis: Im Beispiel konnte bei der Benutzung der Download-Seite der TU-Dresden die Installation nicht vollendet werden, weil etwas fehlte. Ein Wechsel auf die Ruhr-Uni-Bochum führte zum Erfolg!

Die Windows-Systemvariable PATH wird, wie in der Anleitung beschrieben, durch den Verweis auf den cygwin\bin-Ordner erweitert. Damit ist gewährleistet, dass man den C-Compiler im Konsolen-Fenster von Windows direkt aufrufen kann.

Hinweis: Man muss in diesem Verzeichnis nachschauen, welche Version des Compilers installiert ist. In der Beispiel-Installation war es gcc-3.exe, deshalb ist dann der Compiler in der Konsole mit gcc-3 aufzurufen!

Erzeugen einer Windows-DLL

SimulationX bietet die Möglichkeit, externe Funktionen einzubinden, welche sich in einer Windows-DLL befinden. Deshalb erzeugen wir aus dem vorliegenden C-Quelltext durch Kompilieren mit dem gcc eine solche DLL-Datei:

• Man startet die Windows-Konsole (Start > Ausführen > cmd) und wählt als aktuelles Verzeichnis das, worin sich die C-Quelltext-Datei (hier Magnet_xx.c) befindet.
• Mittels der Kommandozeile (im Beispiel für die Compiler-Version gcc-3):

gcc-3 -mno-cygwin -shared -o Magnet_xx.dll Magnet_xx.c

sollte ohne Fehlermeldung die Datei Magnet_xx.dll im gleichen Verzeichnis erzeugt werden.

Das Verzeichnis, in dem Magnet_xx.dll abgelegt wird, muss in die Liste der Verzeichnisse fuer die externen Funktionen von SimulationX eingetragen werden:

• Diese Liste findet man in SimulationX unter Extras > Optionen > Verzeichnisse > Externe Funktionen.
• Entweder man kopiert die .dll-Datei in eines der Standard-Verzeichnisse oder man ergänzt die Liste dieser Verzeichnisse um den aktuell genutzten Ordner.
• Im Prinzip könnte man in der obigen Kommandozeile die .dll-Datei in eines der Standard-Verzeichnisse von SimulationX lenken.

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