EcosimPro - это инструмент моделирования, разработанный Empresarios Agrupados AIE для моделирования простых и сложных физических процессов, которые могут быть выражены в терминах дифференциальных алгебраических уравнений или обыкновенных дифференциальных уравнений и моделирования дискретных событий .
Стабильный выпуск | 5.6.0 / декабрь 2016 г . |
---|---|
Предварительный выпуск | 5.4.19 / октябрь 2015 г . |
Операционная система | Майкрософт Виндоус |
Веб-сайт | www |
Приложение работает на различных платформах Microsoft Windows и использует собственную графическую среду для проектирования моделей.
Моделирование физических компонентов основано на языке EcosimPro (EL), который очень похож на другие традиционные языки объектно-ориентированного программирования [1], но достаточно мощный для моделирования непрерывных и дискретных процессов.
Этот инструмент использует набор библиотек, содержащих различные типы компонентов (механические, электрические, пневматические, гидравлические и т. Д.), Которые можно повторно использовать для моделирования любого типа системы.
Он используется в ESA для анализа силовых установок [2] и является рекомендуемым инструментом анализа ESA для систем ECLS. [3] [4]
Происхождение
Проект EcosimPro Tool был начат в 1989 году на средства Европейского космического агентства (ESA) с целью моделирования систем экологического контроля и жизнеобеспечения для пилотируемых космических кораблей [4], таких как шаттл Hermes . Междисциплинарный характер этого инструмента моделирования привел к его использованию во многих других дисциплинах, включая механику жидкости, химическую обработку, управление, энергию, движение и динамику полета. Эти сложные приложения продемонстрировали, что EcosimPro очень надежен и готов к использованию во многих других областях.
Язык моделирования
Примеры кода
Дифференциальное уравнение
Чтобы познакомиться с использованием EcosimPro, сначала создайте простой компонент для решения дифференциального уравнения. Хотя EcosimPro разработан для моделирования сложных систем, его также можно использовать независимо от физической системы, как если бы он был решателем простых уравнений. Пример в этом разделе иллюстрирует этот тип использования. Он решает следующее дифференциальное уравнение, чтобы ввести задержку для переменной x :
что эквивалентно
где x и y имеют временную зависимость, которая будет определена в эксперименте. Тау - это данные, предоставленные пользователем; мы будем использовать значение 0,6 секунды. Это уравнение вводит задержку в переменной x относительно y со значением tau . Чтобы смоделировать это уравнение, мы создадим компонент EcosimPro с уравнением в нем.
Компонент, моделируемый в EL, выглядит следующим образом:
КОМПОНЕНТУравнение_тест ДАННЫЕ REAL tau = 0,6 "время задержки (секунды)" DECLS НАСТОЯЩИЙ x, y НЕПРЕРЫВНЫЙ у '= (х - у) / тауКОНЕЧНЫЙ КОМПОНЕНТ
Маятник
Одним из примеров прикладного исчисления может быть движение идеального маятника (без учета трения). У нас были бы следующие данные: сила тяжести g; длина маятника L; и масса маятника «M». В качестве переменных, которые необходимо вычислить, мы будем иметь: декартово положение маятника «x» и «y» в каждый момент времени и натяжение проволоки маятника «T». Уравнения, определяющие модель, будут следующими:
- Проецируя длину кабеля по декартовой оси и применяя теорему Пифагора, получаем:
Разлагая силу в картезианах, мы получаем
а также
Чтобы получить дифференциальные уравнения, мы можем преобразовать:
а также
(Примечание: - первая производная от положения, равная скорости. - вторая производная от положения и равна ускорению)
Этот пример можно найти в библиотеке DEFAULT_LIB как «pendulum.el»:
КОМПОНЕНТНЫЙ маятник "Пример маятника" ДАННЫЕ REAL g = 9.806 "Гравитация (м / с ^ 2)" REAL L = 1. «Долгота маятника (м)» REAL M = 1. «Масса маятника (кг)» DECLS REAL x "Положение маятника X (м)" REAL y "Положение маятника Y (м)" REAL T «Сила натяжения проволоки маятника (Н)» НЕПРЕРЫВНЫЙ х ** 2 + у ** 2 = L ** 2 М * х '' = - Т * (х / л) М * у '' = - Т * (у / L) - М * гКОНЕЧНЫЙ КОМПОНЕНТ
Последние два уравнения соответственно выражают ускорения x '' и y '' по осям X и Y.
Возможности математики
- Символьная обработка уравнений (например, вывод и т. Д.)
- Робастные решатели для нелинейных и DAE-систем: DASSL, [5] Newton-Raphson [6] [7]
- Мастера математики для:
- Определение граничных условий
- Решение алгебраических петель
- Уменьшение проблем DAE с высоким индексом [8]
- Умные математические алгоритмы, основанные на теории графов, для минимизации количества неизвестных переменных и уравнений
- Мощный обработчик дискретных событий для остановки моделирования при возникновении события
Приложения
EcosimPro использовался во многих областях и дисциплинах. В следующих параграфах показано несколько приложений.
- Управление : Эта библиотека предоставляет компоненты для представления контуров управления, включая типичные контроллеры P, PI и PID, сигнальные процессоры и т. Д.
- Turbojet : Библиотека моделирования турбинных реакторов. С такими компонентами, как турбины, форсунки, компрессоры, горелки и т. Д.
- ECLSS : полная библиотека компонентов была разработана для моделирования сложных условий окружающей среды для пилотируемых космических кораблей [4]
- ESPSS : стандартный набор библиотек с компонентами и функциями для моделирования двигательных систем ракет-носителей и двигательных систем космических кораблей. [2]
- Тепловой : Эта библиотека содержит компоненты, необходимые для разработки тепловых моделей с сосредоточенными параметрами, то есть диффузные тепловые узлы, граничные тепловые узлы, линейные теплопроводники и радиационные теплопроводники.
- Энергия : В области энергетики EcosimPro использовался в различных приложениях, таких как тепловые балансы (Thermal_Balance), гидравлические системы (инструмент для трубопроводных сетей), расплавленные карбонатные и щелочные топливные элементы и т. Д.
- Криогеника : моделирование больших криогенных систем, например, в ЦЕРНе . [9]
- Другие :
- Очистка воды
- Обработка отходов
- Агропродовольственные биотехнологические процессы
- И т.п.
Смотрите также
Рекомендации
- ↑ Бертран Мейер (1997). Конструирование объектно-ориентированного программного обеспечения (2-е изд.). Прентис Холл. ISBN 0-13-629155-4.
- ^ а б Армин Иссельхорст (июль 2010 г.). Моделирование HM7B с помощью ESPSS Tool на верхней ступени Ariane 5 ESC-A (PDF) . 46-я Совместная конференция и выставка по двигательным установкам AIAA / ASME / SAE / ASEE. AIAA . Проверено 6 мая 2011 года .[ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ «ESA: Программное обеспечение для термического анализа - EcosimPro» . Европейское космическое агентство.
- ^ а б в Даниэле Лаурини; Алан Тиркеттл; Клаус Боксталер (май 1999 г.). «ЕКА: Поддерживая жизнь» (PDF) . Европейское космическое агентство.
- ^ Линда Р. Петцольд (1982). Описание DASSL: Решатель дифференциальных / алгебраических систем SAND82-8637 .
- ^ П. Деуфлхард (2004). Методы Ньютона для нелинейных задач. Аффинная инвариантность и адаптивные алгоритмы . Берлин: Springer. ISBN 3-540-21099-7.
- ^ WH Press; Б. П. Фланнери; С.А. Теукольский; В. Т. Феттерлинг (1992). Числовые рецепты в C: Искусство научных вычислений . Издательство Кембриджского университета. стр. и 9.6 [ http://www.nrbook.com/a/bookcpdf/c9-6.pdf . ISBN 0-521-43108-5.
- ^ С. Пантелидес (март 1988 г.). «Последовательная инициализация дифференциально-алгебраических систем». SIAM J. Sci. Статист. Comput. 9 : 213–231. DOI : 10.1137 / 0909014 .
- ^ Б. Браду; П. Гайе; С.И. Никулеску (2007). «Динамический тренажер для крупномасштабных криогенных систем». (PDF) . 6-й Конгресс EUROSIM по моделированию и симуляции . Любляна, Словения. Архивировано из оригинального (PDF) 7 июля 2011 года . Проверено 6 мая 2011 года .
Внешние ссылки
- Официальный веб-сайт