ANSYS系統(tǒng)建模與多學(xué)科仿真平臺(tái)介紹

1、系統(tǒng)建模與多學(xué)科仿真平臺(tái)介紹在設(shè)計(jì)師的眼里Sensors傳感器Electronic Control電子控制Actuators促動(dòng)器特定領(lǐng)域、以部件為中心Embedded Software嵌入式軟件2最終系統(tǒng)的一部分傳感器電子控制促動(dòng)器運(yùn)行條件運(yùn)行剖面嵌入式軟件安全要求3存在復(fù)雜的相互作用傳感器電子控制促動(dòng)器運(yùn)行條件運(yùn)行剖面嵌入式軟件安全需求關(guān)鍵問題：4系統(tǒng)是如何執(zhí)行的?為何進(jìn)行系統(tǒng)仿真?確?？煽啃院头€(wěn)健性 擴(kuò)大條件測(cè)試覆蓋范圍，以確保安全、 質(zhì)量、客戶滿意度、沖擊市場(chǎng) 充分挖掘創(chuàng)新的潛力，開發(fā)出最優(yōu)的產(chǎn)品虛擬集成Virtual Integration 更早發(fā)現(xiàn)缺陷以避免 重新設(shè)計(jì)、成本超支、進(jìn)

2、度落后、5ANSYS 全流程系統(tǒng)仿真基于模型的系統(tǒng)工程3D 物理場(chǎng)仿真多域系統(tǒng)虛擬集成基于模型的軟件ROM系統(tǒng)/軟件架構(gòu)Simplorer系統(tǒng)架構(gòu) &系統(tǒng)安全性驗(yàn)證6mediniANSYS 系統(tǒng)仿真平臺(tái)級(jí)工具Simplorer建模、集成、分析電氣化系統(tǒng)電力電子、物理部件和軟件控制擴(kuò)展系統(tǒng)測(cè)試覆蓋面在研發(fā)過程中進(jìn)行高性能、多保真度仿 真優(yōu)化復(fù)雜系統(tǒng)性能在設(shè)計(jì)早期理解系統(tǒng)不同部分間的 相互作用，并做出權(quán)衡7系統(tǒng)仿真的戰(zhàn)略核心Electrification電氣系統(tǒng)Systems Engineering 系統(tǒng)工程Mechatronics機(jī)電一體化Performance & Usability性能 &

3、可用性8推動(dòng)R18產(chǎn)品進(jìn)步3D 物理場(chǎng)降階模型(ROMs)及其耦合Modelica 模型使用 & 圖建立Modelica 庫(kù)支持(Modelon, )FMI 協(xié)同仿真系統(tǒng)工程橋接入口結(jié)合SCADE的系統(tǒng)閉環(huán)測(cè)試方法Simplorer 模型導(dǎo)出電力系統(tǒng)庫(kù)新的MOSFET平均模型SiC、電源控制器器件器件特征化功能改進(jìn)求解器性能和覆蓋面改善圖表繪制功能改進(jìn)UI 的響應(yīng)提速Simplorer Entry 版本與ANSYS 3D物理場(chǎng)和嵌入式軟件工具的打包9ANSYS 系統(tǒng)技術(shù)的關(guān)注方向建模保持保真度裝配允許重用仿真更快、更精確降階模型互操作性仿真技術(shù)10 System Modeling系統(tǒng)建模11多

4、域系統(tǒng)仿真: 建模的靈活性、可重用性、互操作性虛擬樣機(jī)的關(guān)鍵SPICE與嵌入式控制和軟件的 緊密集成多域模型庫(kù)和工具ANSYS 3D 物理場(chǎng)的耦合與降階功能模型接口FMI基于標(biāo)準(zhǔn)的互操作性VHDL-AMS基于語言的行為級(jí)建模12開放的模型接口實(shí)現(xiàn)0D-3D的全系統(tǒng)仿真降階模型生成功能模型接口 (FMI)嵌入式系統(tǒng)集成ANSYS SCADESimulinkC 代碼三維物理場(chǎng)耦合仿真ANSYS 3D 物理場(chǎng)多域模型庫(kù)基于語言建模VHDL-AMS C/C+SPICESMLModelica模擬數(shù)字多域特定應(yīng)用動(dòng)力系統(tǒng)制造商關(guān)鍵措施：第三方系統(tǒng)建模工具 (AMESim, Simulink, Dymola

5、, GT Suite 等)FMI功能模型接口ROM電磁降流階體 模熱型結(jié)構(gòu)13Modelica in Simplorer擴(kuò)展系統(tǒng)建模的覆蓋領(lǐng)域建立并重用Modelica模型+電氣化系統(tǒng)領(lǐng)先的精度和性能14利用Modelica框圖實(shí)現(xiàn)多域建模Browse Packages瀏覽模型庫(kù)變量聲明View Pin & Parameter Info Declare Quantities查看接口和參數(shù)信息Generate Modelica Code生成Modelica代碼View Model Documentation查看模型文檔15利用Modelica框圖實(shí)現(xiàn)多域建模在Simplorer中仿真分析16完全

6、兼容Modelica標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)Modelica標(biāo)準(zhǔn)庫(kù) (MSL) 是來自Modelica協(xié)會(huì)的免費(fèi)庫(kù)，包 含有超過1,500個(gè)部件，可對(duì)機(jī)械、電氣、熱、流體及控制 系統(tǒng)進(jìn)行建模。在Simplorer中:通過MSL模型建立框圖導(dǎo)入用MSL模型創(chuàng)建的子系統(tǒng)17兼容 Modelon 庫(kù)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力學(xué)燃料電池 熱交換器 液壓系統(tǒng) 水力發(fā)電18液冷系統(tǒng)氣動(dòng)力學(xué) 火力發(fā)電 蒸汽循環(huán) 車輛動(dòng)力學(xué)* Modelon libraries are provided by Modelon AB / Inc.車輛熱管理系統(tǒng)模型Thermal Mechanical Electrical Coolant Air19PMSMa

7、b cmech_rv如何保持物理模型的保真度？Reduced-Order Model降階模型 ROM一個(gè)簡(jiǎn)化的高保真度動(dòng)力學(xué)模型，保留了必要的 行為特性以及主導(dǎo)效應(yīng)，為了減少更復(fù)雜模型所 需的求解時(shí)間或存儲(chǔ)容量。如何從這里20到這里?高保真度3D物理場(chǎng)基于方程/數(shù)據(jù)的 系統(tǒng)級(jí)行為模型ANSYS 多種類型、多物理場(chǎng)的 ROM 模型線性21非線性穩(wěn)態(tài)瞬態(tài)有限元電機(jī)仿真案例等效電路 (ECE) ROM 提取22案例等效電路 (ECE) ROM 提取ECE ROM 瞬態(tài)特性與有限元模型精度對(duì)比求解時(shí)間：幾秒VS.幾小時(shí)24案例Fluent靜壓力模型ROM結(jié)果對(duì)比Fluent2 hours on 16

8、cores cluster3 seconds on laptopMax difference: 1.2%25電池設(shè)計(jì)工具箱電池包開發(fā)驗(yàn)證模型ANSYS App Store 中新的“系統(tǒng)”APP26 Interoperability互操作性29部門供應(yīng)商學(xué)科 物理集成子系統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)中的孤島現(xiàn)象30物理集成系統(tǒng)裝配與仿真虛擬集成31產(chǎn)品開發(fā)中的行為級(jí)模型以多種形式存在Circuits電路Block Diagrams塊圖Co-simulation協(xié)同仿真Digital/Mixed-Signal數(shù)字/混合信號(hào)State Machines狀態(tài)機(jī)Reduced-Order Models降階模型Multi-

9、Domain Assemblies多域裝配FMUs, C CodeData-Driven / Look-up Tables數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)/查找表32連接仿真模型的標(biāo)準(zhǔn)模型的可移植性 工具的互操作性 企業(yè)的可部署性33利用FMI集成第三方模型FMI兼容工具請(qǐng)查看： /toolsSimplorer FMI 支持:導(dǎo)入 FMUs 實(shí)現(xiàn)模型交換與 Slave FMUs 耦合，實(shí)現(xiàn)協(xié)同仿真 NEW in R18!GT-SUITE, Amesim, CarSim, more導(dǎo)出 Modelica subsystems 實(shí)現(xiàn)模型交換34實(shí)現(xiàn)不同應(yīng)用模型的集成35系統(tǒng)仿真Simplorer 物理系統(tǒng)模 型系統(tǒng)工程橋

10、接用戶需求操作分析系統(tǒng)需求Allocation系統(tǒng)功能系統(tǒng)架構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)詳細(xì)需求實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)架構(gòu)與物理系統(tǒng)模型同步持續(xù)評(píng)估“可 執(zhí)行”系統(tǒng)的 性能需求SCADE Architect36系統(tǒng)/軟件架構(gòu)與Simplorer同步0- +Batterym pEngineTorqueEngineSpeedThrottletransEnginebattpulleyAlternatorOnSpeedrottleCmdCruiseSpeed ThCruiseStateCarSpeedCruiseSpeedCruiseStateThrottleCmdAccelerator AccelBrake BrakeOnQuic

11、kAccel QuickAccelelQuickDecel QuickDecOffOffResume ResumeSetSet從SysML塊圖或參數(shù)圖自動(dòng)生成Simplorer設(shè)計(jì)在Simplorer中驗(yàn) 證系統(tǒng)需求SIMPLORER37案例自動(dòng)駕駛系統(tǒng)仿真利用FMI在Simplorer中集成系統(tǒng)來自 SCADE Suite, SCADE Display, CarSim 的 FMUs38 Simulation Technology仿真技術(shù)41系統(tǒng)測(cè)試覆蓋范圍的補(bǔ)充與擴(kuò)展概念與架構(gòu)探索性能測(cè)試部件設(shè)計(jì)與優(yōu)化嵌入式控制驗(yàn)證詳細(xì)效應(yīng)分析可靠性評(píng)估設(shè)計(jì)穩(wěn)健性優(yōu)化協(xié)作與交換著眼于:性能、精度多域集成測(cè)試

12、自動(dòng)化實(shí)時(shí)途徑42系統(tǒng)分析:試驗(yàn)設(shè)計(jì) Design of Experiments全新內(nèi)置的試驗(yàn)設(shè)計(jì) (DOE)分 析， 有助于理解設(shè)計(jì)因素是 如何影響系統(tǒng)響應(yīng)的在執(zhí)行優(yōu)化之前交互式探索設(shè)計(jì)空間在系統(tǒng)級(jí)分析中利用響應(yīng)面模型作為替代性模型43工業(yè)規(guī)模模型的仿真性能提升ExampleR17 (s)R18 (s)Speed-upCustomer Case 157321.8xCustomer Case 285312.7xCustomer Case 31961571.2xCustomer Case 479691.1xCustomer Case 51681341.3xCustomer Case 624918

13、13.8xModelica: Full Robot357.64.6xModelica: Moving Actuated Drive165.13.1x44系統(tǒng)閉環(huán)測(cè)試方法Simplorer 基于模型的 系統(tǒng)仿真SCADE Suite 及 Test環(huán)境45與 ANSYS 企業(yè)云的集成在ANSYS企業(yè)云中開啟交互式Simplorer46ANSYS App Store:從網(wǎng)站下載各類 AppOn the Wapepbs:ANSYS產(chǎn)品附加Toolkits的在線商店針對(duì) Simplorer, 可以獲得:部件庫(kù)(免費(fèi) & 付費(fèi))特定應(yīng)用 toolkits (使用流程、模型、演示案例)47案例：飛行控制系統(tǒng)

14、49飛控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)+電子+嵌入式控制軟件共同運(yùn)行在流體環(huán)境50多學(xué)科建模軟件、系統(tǒng)與物理場(chǎng)耦合系統(tǒng)仿真控制面板選項(xiàng)#1: 預(yù)定義的仿真場(chǎng)景正弦/方波輸入控制目標(biāo)速度、高度和俯仰選項(xiàng)#2: 觸控平板操控飛機(jī)飛行圖形交互控制面板 (實(shí)時(shí)仿真)SCADE LifeCycle Rapid Prototyper51多學(xué)科建模軟件、系統(tǒng)與物理場(chǎng)耦合嵌入式飛控/ 自動(dòng)駕駛軟件SCADE Suite基于模型的飛控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與 Simplorer 通過功能模型接口 (FMI) 耦合自動(dòng)嵌入式 C & Ada 代碼生成DO-178B&C Level A 認(rèn)證PitchRate22Kpitch33KpitchrateE

15、lev atorCommandAltitudeMeasured AltitudeMin pitchsaf e1IntegrFwdR T L Hfalse Ts (-18. 180.02PitchRef erencepitchsaf e0.015.03PitchRef erencepitchsaf e(-15.0)15.0飛機(jī)系統(tǒng)虛擬原型 (ANSYS Simplorer)52嵌入式座艙顯示軟件SCADE Suite/Display + Synthetic Vision System基于模型的 HMI 軟件設(shè)計(jì)與 Simplorer 通過 FMI 耦合自動(dòng)嵌入式 C 代碼生成兼容 OpenGL

16、SC 和 ES2DO-178B&C Level A 認(rèn)證多學(xué)科建模軟件、系統(tǒng)與物理場(chǎng)耦合53多學(xué)科建模軟件、系統(tǒng)與物理場(chǎng)耦合 0throttleelevatorcmdaileronscmdairspeedaltitudeheadingpitchraterollrategG(s)ServoAileronsLIMITAerodynamicsrollratepitchrateheadingaltitudeairspeedlrudthrottlegpitchrollFLANGEHINGE_ANGLEAIRSPEEDelevatorControlSurface1VPVNTRQ_CMDMOT_ANGFLA

17、NGEelevator_actuator mot_ctrl_behavE128VGAIN飛機(jī)動(dòng)力學(xué)ANSYS Simplorer飛機(jī)空氣動(dòng)力學(xué) (VHDL-AMS)+Electromechanical Actuation for Elevator#0 = 理想執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)#1 = 行為級(jí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)#2 = 2D 仿真模型的降階模型 ROM#3 = 3D 仿真模型的降階模型 ROM4 個(gè)提取等級(jí)54elevatorcaileronscpeedude dinghraterateAircraft Dynamicsairsttlemdaltitheamdpitcrollg thro飛行器動(dòng)力學(xué)建

18、模等級(jí) #0:理想模型用 VHDL-AMS 語言描述的空氣動(dòng)力學(xué)特性 理想的 (一階) 舵面動(dòng)力學(xué)throttleelevatorcmdaileronscmdairspeedaltitudeheadingpitchraterollrategG(s)ServoElevatorG(s)ServoAileronsLIMITLIMITAerodynamicsrollratepitchrateheadingaltitudeairspeedlrudthrottlegpitchroll舵面的 一階動(dòng)力學(xué)用 VHDL-AMS 建立的 基本空氣動(dòng)力學(xué)模型低保真度550throttleelevatorcmdail

19、eronscmdairspeedaltitudeheadingpitchraterollrategG(s)ServoAileronsLIMITAerodynamicsrollratepitchrateheadingaltitudeairspeedlrudthrottlegpitchrollFLANGEHINGE_ANGLEelevator ControlSurface1VPVNTRQ_CMDMOT_ANGFLANGEelevator_actuator mot_ctrl_behavE128VGAINelevatorcaileronscpeedude dinghraterateAircraft D

20、ynamicsairsttlemdaltitheamdpitcrollg thro飛行器動(dòng)力學(xué)建模等級(jí) #1:行為級(jí)多域框圖用 VHDL-AMS 語言描述的空氣動(dòng)力學(xué)特性Simplorer 庫(kù)中的升降舵動(dòng)力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型0VPVNTRQ_CMDMOT_ANGFLANGE+pos_sensorPMSMfreeabcmech_rvMOTOR CTRLtau_demandplusminusafreebcrnlead=0.01ROT_VROTdamp_rotb2Motor ControllerPM Synch. MachineLead Screw中保真度56 0throttleelevatorcmdail

21、eronscmdairspeedaltitude headingpitchraterollrategG(s)ServoAileronsLIMITAerodynamicslrairspeed altitude heading pitchrate rollrategthrottle pitch roll udFLANGEHINGE_ANGLEelevator ControlSurface1VPVNTRQ_CMDMOT_ANGFLANGEelevator_actuator mot_ctrl_behavE128VGAINelevatorcaileronscpeedude dinghraterateAi

22、rcraft Dynamicsairsttlemdaltitheamdpitcrollg thro飛行器動(dòng)力學(xué)建模等級(jí) #2:解析 ROM用 VHDL-AMS 語言描述的空氣動(dòng)力學(xué)特性ANSYS RMxprt 的 ROM 改進(jìn)升降舵動(dòng)力學(xué)的保真度00VPVMTRQ_CMDMOT_ANGFLANGEMOTOR CTRLtau_demandplus minusfreea b c+VM_ROT1+WWM1+WWM2+WWM3R1A B CN ROT1 ROT2SIMPARAM1rnlead=0.01damp_rotb1ROT _VROT+Analyti0cal ROM from RMxprt高保真度57 0thr