Software: SimX - Nadelantrieb - Struktur-Optimierung - Struktur-Modifikation

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Struktur-Modifikation (Modell)

Strombegrenzung

Wir werden die naheliegende Idee aufgreifen und das Netzteil mit einem Strombegrenzungselement iGrenz versehen:

• Leider enthält die Modell-Bibliothek keinen Strombegrenzer als Elementtyp, so dass wir selbst ein solches Element entwickeln müssen.
• Wir benutzten dafür einen normalen elektrischen Widerstand, desses Widerstandswert R sich in Abhängigkeit vom durchfließenden Strom ändern soll:

R=| i / i_Grenz |⁵¹²

1. Für i<i_Grenz geht der Widerstandswert gegen Null.
2. Für i>i_Grenz nimmt der Widerstandswert große Werte an, um den Strom zu begrenzen.

• Der Exponent=512 hat sich als numerisch günstiger Kompromiß zwischen numerischer Stabilität und Begrenzungsfunktion erwiesen.
• Insbesondere der 2. Fall führt infolge der Exponentialfunktion im Zusammenspiel mit den Eigenarten der numerischen Simulation schnell zu numerischen Problemen. Deshalb erfolgt für den Widerstandsparameter iGrenz.R eine Begrenzung der Exponentialfunktion unter Berücksichtigung der Ereignisbehandlung:

if noEvent(abs(i/Geometrie.iGrenz)<2)then pow(abs(i/Geometrie.iGrenz), 512)else pow(2,512)

• Der Wert für den Maximalstrom iGrenz wird im Geometrie-Element als zusätzlicher Parameter definiert.
• Leider führt das alleinige Einfügen des strombegrenzenden Widerstandes iGrenz in die Leitung zum Netzteil noch nicht zu numerisch stabiler Simulation:

1. Die zusätzliche Nachbildung der Induktivität der Leitung mit L=10µH war erforderlich.
2. Die Diode der Schutzbeschaltung muss entfernt werden, falls dies noch nicht vorher bereits erforderlich war.
3. Für den ausgeschaltetetn Zustand sollte man im Schalter den Wert Goff=1e-4/Ohm setzen
4. Die Hinweise aus den vorherigen Etappen zur Simulationssteuerung sollten berücksichtigt werden. Im Beispiel lief das Modell mit absTol=1e-5 und relTol=1e-6.

Spannungsbegrenzung

Bezieht man den Schutz-Widerstand wie bisher in die Nennwert-Optimierung ein, so wird das Abschalten wahrscheinlich nicht beim Maximalstrom erfolgen:

• Damit kann weiterhin eine zu hohe Abschaltspannung auftreten, falls z.B. das Prägen behindert wird.
• Diese Abschaltspannung ist dann ca. doppelt so groß wie zulässing und würde wahrscheinlich auch zur Zerstörung der spule führen.
• Falls man ein zusätzliches Begrenzer-Element für die Spannung vermeiden will, so muss man den Abschaltwiderstand so dimensionieren, dass bei max. zulässigem Strom die max. zulässige Spannung abfällt:

Widerstand.R = v_Grenz/i_Grenz

• Der Wert für die Maximalspannung vGrenz wird im Geometrie-Element als zusätzlicher Parameter definiert.

Der Wert des Schutz-Widerstandes ist nun durch die laut Anforderungsliste gegebenen elektrischen Grenzwerte vollständig bestimmbar. Deshalb muss er nicht mehr als Entwurfsparameter in den folgenden Optimierungsschritten berücksichtigt werden.

Wir hatten festgestellt, dass die Streuung dieses Widerstandes für das Antriebsverhalten ohne wesentlichen Einfluss ist:

• In nachfolgenden Probabilistischen Simulationen muss seine Toleranz nicht mehr berücksichtigt werden.
• Das Toleranz-Element der aktuellen Modells Etappe5_xx.ism kann deshalb von allen zum Schutz-Widerstand gehörenden Größen bereinigt werden.

===>>> Hier geht es bald weiter !!!

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