Software: FEM - Tutorial - Magnetfeld - Kennfeld-Export als C-Code: Unterschied zwischen den Versionen
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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'''''): | 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'''''): | ||
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== Verwendete 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 [http://www.tn-home.de/Tobias/home.html Tobias Nähring] (Mitarbeiter der Firma [http://www.iti.de ITI GmbH]) für seine wertvollen Tipps zum Einbinden externer Funktionen in SimulationX-Modelle. | |||
Wir verwenden den freien ''Gnu-C-Compiler'' '''gcc''', der Bestandteil der [http://de.wikipedia.org/wiki/GNU_Compiler_Collection GNU-Compiler Collection] ist. Eine Portierung dieser Compiler Collection für Windows läuft unter [http://de.wikipedia.org/wiki/Cygwin Cygwin]. Von '''http://www.cygwin.com/''' kann man eine aktuelle '''setup.exe''' für die Cygwin-Installation kostenlos herunterladen. | |||
Ausführliche Hinweise zur Installation enthält die [http://www.hs-owl.de/fb5/person/hoffmann/Installation_Cygwin.pdf '''Installation_Cygwin.pdf'''] von Herrn [http://www.hs-owl.de/fb5/person/hoffmann/ 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 [http://de.wikipedia.org/wiki/Dynamic_Link_Library Windwos-DLL] befinden. Deshalb erzeugen wir aus dem vorliegenden C-Quelltext durch Compilieren mit dem ''gcc'' eine solche DLL-Datei: | |||
* Das den Kennfeld-Variablen vorangestellte Zeichen '''#''' muss entfernt werden (im Beispiel '''#i''' und '''#s''' durch '''i''' und '''s''' ersetzen). Ansonsten kommt es zu einem Syntax-Fehler im gcc-Compiler! | |||
* Des Weiteren muss die lokale Definition der loop-Variablen i in den Covar-Funktionen durch eine vorangestellte Defintion ersetzt werden: | |||
for(int i = 0; i<2; i++) { | |||
: ersetzen durch | |||
int i; | |||
for (i = 0; i<2; i++) { | |||
* 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 Kommadozeile die .dll-Datei in eines der Standard-Verzeichnisse von SimulationX lenken. | |||
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Version vom 17. September 2010, 12:56 Uhr
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):
- Zur Zeit kann in OptiY ein Quelltext als C-Code, Modelica-Code oder als m-Matlab erzeugt werden.
- 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 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 Nähring (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 Windwos-DLL befinden. Deshalb erzeugen wir aus dem vorliegenden C-Quelltext durch Compilieren mit dem gcc eine solche DLL-Datei:
- Das den Kennfeld-Variablen vorangestellte Zeichen # muss entfernt werden (im Beispiel #i und #s durch i und s ersetzen). Ansonsten kommt es zu einem Syntax-Fehler im gcc-Compiler!
- Des Weiteren muss die lokale Definition der loop-Variablen i in den Covar-Funktionen durch eine vorangestellte Defintion ersetzt werden:
for(int i = 0; i<2; i++) {
- ersetzen durch
int i; for (i = 0; i<2; i++) {
- 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 Kommadozeile die .dll-Datei in eines der Standard-Verzeichnisse von SimulationX lenken.