Maple
Leistungsfähige intuitive Mathematiksoftware
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Unabhängig davon, ob Sie an Hardware-, Software- oder Operator-in-the-Loop-Anwendungen arbeiten, ist es von entscheidender Bedeutung, dass Ihre Systemmodelle über die nötige Genauigkeit verfügen, um präzise Ergebnisse zu liefern, aber dennoch auf einer Echtzeitplattform innerhalb des Simulationszeitschritts laufen können.
Mit MapleSim müssen Sie nicht zwischen Modelltreue und Echtzeitleistung wählen.
Mit MapleSim und wahlweise einem Connectivity-Add-on haben Ingenieure viele Optionen für kompatible Codegenerierungsziele.
Erfahren Sie mehr über die optimierte Codegenerierung in MapleSim.
Der Simulationscode von MapleSim ist schnell, lizenzfrei und rechnerisch effizient und eignet sich daher perfekt für eine breite Palette von Anwendungen in der Entwicklung neuer Produkte.
Um die schnellstmöglichen Simulationslaufzeiten zu erreichen, nutzt MapleSim symbolische Berechnungstechniken der nächsten Generation, die in über 30 Jahren Forschung und Entwicklung entwickelt wurden und in einem zweistufigen Prozess angewendet werden.
STEP 1
MapleSim wendet symbolische Vereinfachungen an, einschließlich Indexreduzierung, differentielle Eliminination, Separation unabhängiger Systeme und Beseitigung redundanter Systeme und Komplexitäten, die andere Werkzeuge während der numerischen Simulation zum Scheitern bringen würden. Diese Vereinfachungen haben keine Auswirkungen auf die Modelltreue.
STEP 2
MapleSim führt als Nächstes eine symbolische Optimierung durch, bei der die kompakte, interne Struktur dieser Gleichungen genutzt wird, um hocheffizienten Code zu erzeugen. Dabei werden gemeinsame Ausdrücke und Unterausdrücke identifiziert und sichergestellt, dass sie nur einmal berechnet werden.
Dies führt zu rechnerisch effizienten Modellen und erzeugt schnelleren Code. Dies ist besonders wichtig für Hardware-in-the-Loop (HIL)-Anwendungen, da es Ingenieuren ermöglicht, Modelle mit höherer Genauigkeit zu entwickeln und gleichzeitig die Echtzeitleistung beizubehalten.
Die leistungsstarke symbolische Modellierungs-Engine in MapleSim bietet viele Vorteile, mit denen die meisten anderen Simulationswerkzeuge einfach nicht mithalten können, von automatisch generierten Systemgleichungen bis hin zu Echtzeit-Produkttests für komplexe Systeme.
Das folgende Diagramm, das Daten von Anwendungsfällen aus dem Automobilbereich enthält, zeigt dramatische Verbesserungen in der Berechnungseffizienz nach der Vereinfachung und den symbolischen Optimierungsschritten von MapleSim.
So haben beispielsweise Entwicklungsingenieure mit MapleSim ein Mehrkörpermodell eines neuen Chevrolet-Sportwagens mit Luftreifen (22 Freiheitsgrade und 26 Zustandsraumvariablen) entwickelt und das Modell in einen dSpace-Simulator (mit Tools von Drittanbietern) exportiert. Selbst ein Simulator mit bescheidener Leistung (ein 1 GHz PowerPC) erreichte Modellaktualisierungsraten von 63 µs. Dies war mindestens 16-mal schneller als die gängigsten bestehenden Tools.
Die neuesten intelligenten Produkte und Maschinen werden so gebaut, dass sie während ihres Betriebs große Mengen an Sensordaten nutzen. Beim Trainieren der KI-Reaktionen muss das Produkt einer großen Anzahl von Szenarien ausgesetzt werden, die zeitaufwändig zu verwalten sind.
MapleSim-Modelle können das Testen und Trainieren neuronaler Netze beschleunigen, indem sie effizient Teilmengen von Daten erzeugen, die während des Produkttests als Eingaben verwendet werden.
Die mit MapleSim erzeugten Testdaten werden in vielen verschiedenen Branchen eingesetzt. Beispiele hierfür sind:
Bei AISIN AW wird die Hardware-in-the-Loop (HIL)-Simulation in großem Umfang eingesetzt, um die Entwicklung von Automatikgetrieben zu beschleunigen. Die Anlagenmodelle für HIL-Simulationen müssen eine ausreichend hohe Genauigkeit aufweisen, um die für die Konstrukteure wichtigen Aspekte der Systemdynamik genau darzustellen. Gleichzeitig müssen diese Modelle einen geringen Berechnungsaufwand haben, um eine Ausführung in Echtzeit zu ermöglichen. Nach einer formalen Bewertung der verfügbaren Software entschied sich AISIN AW für die Modellierungs- und Simulationssoftware MapleSim zusammen mit der Driveline Component Library, um echtzeitfähige Getriebeanlagenmodelle für ihre HIL-Simulationen zu erstellen.
Die MapleSim Driveline Component Library bietet einen speziellen Satz von Komponenten, die Getriebeherstellern - wie auch anderen Entwicklern in der Automobilindustrie - helfen sollen, Anlagenmodelle für die Steuerung und Simulation bequem zu erstellen. Das Modell wurde so erstellt, dass es Kupplungen, Bremsen und verschiedene Getriebesätze enthält. MapleSim profitierte von der Leistungsfähigkeit des symbolischen Rechnens und generierte extrem schnellen Code, was bei der Simulation eines komplexen Systems mit einer großen Anzahl von Interaktionen in Echtzeit entscheidend ist.
Der optimierte C-Code, der von MapleSim aus den Modellen der Übertragungsanlage generiert wurde, ermöglichte es AISIN AW, detailliertere HiL-Simulationen durchzuführen. In einer Fallstudie wurde gezeigt, dass der von MapleSim generierte S-Funktionscode doppelt so schnell lief wie der von einem ähnlichen Tool generierte S-Funktionscode. Neben der Nutzung der in MapleSim integrierten Komponentenbibliothek konnten auch benutzerdefinierte Komponenten leicht entwickelt werden. MapleSim ermöglichte es dem Team, in kurzer Zeit Modelle mit hoher Wiedergabetreue zu erstellen und spielte eine Schlüsselrolle für den Erfolg des Projekts.
Eine der wichtigsten Komponenten eines hybrid-elektrischen oder vollelektrischen Fahrzeugs ist die Batterie. Ein gutes virtuelles Modell der Batterie ist unerlässlich, damit sowohl das Verhalten der Batterie als auch die physikalische Interaktion der Batterie mit allen anderen Komponenten im Modell korrekt wiedergegeben werden.
Die Forschungsarbeiten von NSERC/Toyota (mit Unterstützung von Maplesoft) erforderten ein detailliertes Modell des Fahrzeugs einschließlich der Batterie, das auf Änderungen der Motorbedingungen mit unterschiedlichen Gelände- und Leistungsreglern reagieren würde. Sie entschieden sich für MapleSim, weil der symbolische Ansatz in MapleSim die Erstellung von Simulationsmodellen ermöglichte, die schnelle Echtzeitgeschwindigkeiten für Hardware-in-the-Loop (HIL)-Tests und eine sehr hohe Modelltreue im Vergleich zu Modellen, die mit herkömmlichen Modellierungswerkzeugen erstellt wurden, aufweisen.
MapleSim wurde auch zur Entwicklung eines Mehrdomänenmodells eines Hybrid-Elektrofahrzeugs (HEV) verwendet, einschließlich eines automatisch generierten optimierten Satzes systembestimmender Gleichungen. Das HEV-Modell besteht aus dem Mittelwert-Modell eines Verbrennungsmotors (ICE), Gleichstrommotoren, die von einem chemiebasierten NiMH-Batteriepaket angetrieben werden, und einem Mehrkörperfahrzeugmodell. Mit Hilfe von Simulationen wurde die Leistung des entwickelten HEV-Systems nachgewiesen.
Die Simulationsergebnisse zeigten, dass das Modell praktikabel war und dass dank der verlustfreien symbolischen Techniken von MapleSim die Anzahl der Gleichungen erheblich reduziert werden konnte, was zu einem berechnungstechnisch effektiven System führte. Dieses HEV-Modell kann für den Entwurf, die Steuerung und die Vorhersage des Fahrverhaltens von Fahrzeugen unter verschiedenen Fahrszenarien verwendet werden. Das Modell kann auch für Sensitivitätsanalysen, Modellreduktion und Echtzeitanwendungen wie HIL-Simulationen verwendet werden.
"Durch den Einsatz von MapleSim wird die Entwicklungszeit für diese Modelle erheblich verkürzt, und die Systemdarstellungen sind viel näher an der Physik der tatsächlichen Systeme", so Dr. John McPhee, Inhaber des NSERC/Toyota/Maplesoft Industrial Research Chair for Mathematics-based Modeling and Design.
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Maplesoft Engineering Solutions kann Ihnen Fachwissen und Technologien zur Verfügung stellen, um Ihre Projektanforderungen schnell zu erfüllen. Zu den professionellen Dienstleistungen gehören Produktdesignvalidierung und -optimierung, Codeentwicklung für In-the-Loop-Simulationen, Analyse- und Designwerkzeuge sowie kundenspezifische Schulungen.
Mit den schlüsselfertigen Lösungen von Maplesoft Engineering Solutions können Sie mit geringem Aufwand die virtuelle Inbetriebnahme für Ihre eigenen Projekte testen, indem wir für Sie kurzfristig ein erstes Modell bereitstellen - ohne vorherige Modellierungskenntnisse Ihrerseits.
