Die DSHplus Pre- und Postprocessing Module

Wir bei Fluidon sind stolz darauf, die fortschrittlichen Pre- und Postprocessing-Module unserer bewährten Software DSHplus auf unser neuestes Produkt, den Fluidon Cube, zu übertragen.

In Fluidon Cube finden diese Funktionen eine neue Heimat, wo ihre Anwendung nicht nur einfacher, sondern auch umfangreicher möglich ist. Diese Weiterentwicklung ermöglicht es unseren Nutzern, von einer verbesserten Effizienz und erweiterten Analysemöglichkeiten zu profitieren.

Wir ermutigen daher alle Anwender, für zukünftige Projekte auf Fluidon Cube umzusteigen und die Vorteile dieser innovativen Plattform voll auszuschöpfen. Erfahren Sie mehr über die Möglichkeiten, die Fluidon Cube bietet, und wie Sie Ihren Entwicklungsprozess damit optimieren können.

Direktor

Zyklische Abläufe mit Ansteuerung vieler Bauteile zu bestimmten Zeiten oder nach Bedingungen sind in der Regel nur mit viel Aufwand nachzubilden. Meistens ist dafür eine große Zahl Steuerungselemente wie Funktionsgeneratoren und Schalter ist nötig.

Zur Lösung dieses Problems gibt es den DSHplus Director. Der Director stellt eine einfach zu handhabende Ablaufsteuerung bereit, mit der sowohl zeit- als auch ereignisgesteuerte Funktionen bedient werden können. Es handelt sich um einen Zustandsautomaten, der zur Laufzeit Zugriff auf alle Zustandsgrößen des Simulationsmodells hat. So können bedingungsabhängig Zustande gewechselt werden und über Eintritss- und Austrittsaktionen für jeden Zustand lässt sich der Simulationsablauf steuern.

Der im Director hinterlegte Ablauf wird zur einfachen Kontrolle als Diagramm grafisch dargestellt. Während der laufenden Simulation steht ein Protokoll zur Verfügung und gibt jederzeit Auskunft über erkannte Bedingungen, den aktuellen Zustand und die ausgeführten Aktionen.

Steht im weiteren Verlauf einer Entwicklung eine SPS zur Verfügung, so kann der Director auch durch das DSHplus OPC-Interface ersetzt werden und das Modell wird von der SPS gesteuert.

Automatisierung durch Parametervariation und Optimierung

Die DSHplus Module Parametervariation, Stapelsimulation und Optimierung ermöglichen dem Entwickler die automatisierte Analyse verschiedener Parameterkonfigurationen und die Optimierung des Systems. Parametervariationen oder Optimierungsrechnungen können automatisch z. B. auch über Nacht simuliert werden, anschließend stehen mit Hilfe der Reportfunktion und den bei Bedarf gespeicherten Ergebnissen alle Informationen zur Auswertung bereit, ohne nach jeder Änderung auf Simulationsergebnisse warten zu müssen.

Mit der Stapelsimulation lassen sich vorher definierte Parametersätze hintereinander simulieren. In der Parametervariation kann jeder Bauteilparameter des Simulationsmodells innerhalb frei wählbarer Grenzen und in beliebigen Schritten variiert werden, auch die Kombination mehrerer Parameter ist möglich. Weiterhin lassen sich DOE-Matrizen aus Statistikprogrammen wie MiniTab™ benutzten. Durch die Möglichkeit Gleichungen in der Bauteilparametrierung zu verwenden können auch Abhängigkeiten von Bauteilen untereinander während der Parametervariation berücksichtigt werden.

Über die Reportfunktion wird ein HTML-basierter Ergebnisreport erstellt, der jeden Parametersatz/Variation auf einer Seite mit Ergebnisgrafiken darstellt. Zur Übersicht dienen ein Screenshot des Simulationsmodells und eine Legende mit den Modelldaten sowie dem jeweiligen Parametersatznamen. Für eine detaillierte Analyse können die Simulationsergebnisse aller Durchläufe automatisch gespeichert werden.

Das Optimierungsmodul verwendet Tast- (Hooke-Jeeves) oder Evolutionsverfahren für die automatische Optimierung von Parametern in definierbaren Grenzen. Ziel ist dabei die Minimierung eines vorher vom Anwender festgelegten Gütekriteriums. Mögliche Anwendungen sind die Optimierung von Reglerwerten, Bauteilparametern wie Durchmesser oder Federsteifigkeiten oder die Anpassung von Simulationsergebnissen an Messwerte bei unbekannten Parametern.

Frequenzanalyse

Das DSHplus-Frequenzspektrum berechnet mittels einer Fourier-Transformation die Darstellung eines Zeitbereichssignals im Frequenzbereich. Baron Jean Baptiste Fourier zeigte, dass jede Wellenform, die in der realen Welt existiert, durch die Addition von Sinuskurven generiert werden kann. Eine der Hauptanwendungen des Frequenzbereichs ist es Kleinsignale bei bestimmten Freuqenzen in der Gegenwart von großen Signalen bei anderen Frequenzen aufzulösen. Das DSHplus-Frequenzspektrum ist in die DSHplus Online-Graphik integriert. Das Frequenzspektrum wird sofort berechnet, nachdem der Simulationslauf stoppt.

Die DSHplus-Frequenzanalyse berechnet den Frequenzgang eines Systems. Die Transferfunktion wird anschließend in einem Bode-Diagramm angezeigt, das Amplitude und Phasenverschiebung beschreibt. Es sind zwei Methoden verfügbar, um den Mittelwert des Spektrums zu berechnen, die Effektivwertmethode (RMS) und die Maximalwertmethode (Peak-Hold). Wenn die Rohdaten durch Rauschen verunreinigt sind, bietet die DSHplus-Frequenzanalyse verschiedene Kreuzkorrelationsfunktionen an, um das brauchbare Signal zu identifizieren, und berechnet den Kohärenzwert der zwei Signale. Mittels zweier Begrenzungslinien kann ein für die Berechnung geeignetes Datenintervall gewählt werden. Sind die Daten nicht periodisch, dann kann zusätzlich eine Gewichtungsfunktion wie Hanning oder Blackman Harris aktiviert werden, um die Berechnung zu verbessern. Durch die Parameter Blockgröße und prozentuale Überlappung der Blöcke ist die DSHplus-Frequenzanalyse in der Lage, eine Analyse der Daten mit gleitendem Auswertefenster auszuführen.

Berechnete Frequenzdaten können in eine Datei gespeichert werden und umfassen auch die komplexen Spektrumswerte des Eingangs- und Ausgangssignals. Das Bode-Diagramm kann gedruckt oder kopiert werden. Jede Variable im Simulationsmodell oder Messdaten, die in DSHplus importiert worden sind, können Eingangs- und Ausgangssignal der Frequenzanalyse sein.

Die DSHplus-Ordnungsanalyse wird wie ein Spektrogramm berechnet. Die waagerechte Achse stellt Zeit oder die Drehzahl dar, die senkrechte Achse ist Frequenz. Die dritte Dimension, die die Amplitude einer bestimmten Frequenz zu einer bestimmten Zeit anzeigt, wird durch die Farbe jedes Punkts in der Abbildung dargestellt. Das Spektrogramm kann als Draufsicht oder als drehbare 3D- Oberfläche dargestellt werden. Wenn die Anregung linear mit der Zeit zunimmt, lassen sich einzelne Frequenzordnungen aus dem Signal extrahieren.

Kennfelder

Kennfelder sind für die dynamische Simulation fluidtechnischer Systeme unverzichtbar. Mathematisch gesehen ist ein Kennfeld die Menge der Datenpunkte einer abgetasteten Funktion F mit N Variablen, die auch empirisch sein kann. Durch Suchen und Interpolieren innerhalb der Menge bildet das Kennfeld die Eingangswerte auf den Ausgabewert ab.

Das Einsatzspektrum von Kennfeldern reicht von der Beschreibung nichtlinearen Bauteilverhaltens, wie z. B. der Durchflussfläche von Ventilsteuerkanten oder dem hubabhängigen Wirkdurchmesser von Luftfederbälgen, bis hin zur Abbildung gemessenen Bauteilverhaltens, wie z. B. der Zylinderreibung, dem Ventildurchfluss oder dem Fördervolumenstrom einer Konstantpumpe.

Der Ausgabewert des Kennfelds hängt in der Praxis sehr oft von mehr als einem Eingangswert ab. Lassen sich die Durchflussfläche einer Ventilsteuerkante oder die Änderung des Wirkdurchmessers wegabhängig noch über eine simple x-y-Beziehung beschreiben, so erfordert das Kennfeld für den gemessen Ventildurchfluss bereits zwei Eingangswerte (Ventilöffnung, Druckdifferenz) und für den Fördervolumenstrom einer Konstantpumpe sind es bereits drei Eingangswerte (Drehzahl, Systemdruck, Fluidtemperatur). Im Fall einer Verstellpumpe käme der Schwenkwinkel noch als vierter Eingangswert hinzu.

Der DSHplus-Kennfeldeditor ist das Verwaltungsmodul zum Erstellen und Modifizieren der Kennfelder der DSHplus-Bauteile. 1-D-Kennfelder werden als x-y-Punktemenge beschrieben. Innerhalb der Wertegrenzen des Kennfelds werden Zwischenpunkte linear interpoliert. Eine Extrapolation außerhalb der Wertegrenzen wird nicht durchgeführt, der jeweilige y-Endwert des Kennfelds wird konstant gehalten.

Für höherdimensionale Kennfelder stehen in DSHplus zwei Arten von Kennfeldern zur Verfügung. Die auf kartesischen Koordinaten basierenden Kennfelder und die auf 1D-Kennfeldern aufbauenden Linienkennfelder.

In kartesischen Kennfeldern spannen die Wertepunkte der Kennfeldachsen ein Gitter auf. Jeder dieser Gitterpunkte enthält den zur den Achswerten passen Ausgabewert. Diese Art von Kennfeld ist besonders gut geeignet für die Abbildung numerisch erzeugter Kennfelder, da hier jeder Ausgabewert exakt berechnet werden kann. Für die Abbildung von gemessenem Bauteilverhalten ist diese Kennfeldart jedoch nur bedingt geeignet, da sich die benötigten exakten Gitterpunkte nur durch aufwendige Nachbehandlung aus den Messdaten generieren lassen.

Bei der Abbildung von gemessenem Bauteilverhalten hat das Linienkennfeld seine Stärke. Ein 2D-Linienkennfeld besteht dabei aus einer beliebigen Anzahl einzelner 1D-Kennfelder, die alle eine unterschiedliche x-Achsaufteilung haben können. Dies sind z. B. die Durchflussmessungen Q zu Δp (erste Achse) eines Ventils für unterschiedliche Ventilöffnungen (zweite Achse).

Ein 3D-Linienkennfeld besteht wiederum aus beliebig vielen 2D-Kennfeldern, wobei es jetzt auch möglich ist, 2D-kartesisch und 2D-Linien miteinander zu mischen.

Zur Erzeugung von Kennfeldern bietet DSHplus zwei Werkzeuge. Mittels des DSHplus-Kennfeldgenerators können 1D-Kurven, wie z. B. die Durchflusskurve eines Ventils aus einem Herstellerdatenblatt, digitalisiert und als 1D-Kennfeld aufbereitet werden. Mit dem DSHplus-Dateninterpolator können 2D-kartesische Kennfelder mit beliebiger Achsauflösung aus einer nicht sortierten x-y-z-Punktemenge erzeugt werden.