Gekoppelte Systeme

Die Kopplung von (Teil-)Systemen ist notwendig für die Simulation von Gesamtsystemen, die aus Teilmodellen verschiedener Ingenieurdisziplinen bzw. verschiedener Modellierungsansätze bestehen. Die Aufgabe ist hierbei die Kopplung der Teilmodelle für die Simulation des Gesamtsystems - eine typische Aufgabe für die Simulation mechatronischer Systeme.

Im Rahmen verschiedener Projekte wurden solche Simulationsverbünde bisher realisiert für:

Kopplung von MKS- und FEM-Modellen

Kopplung von MKS- und Hydraulik-Modellen

Kopplung MKS - FEM

Ausgangspunkt für die gekoppelte Simulation von MKS- und FEM-Teilsystemen war die Aufgabenstellung ein Schienenfahrzeug mit elastischem Wagenkasten oder allgemeiner Mehrkörpersysteme mit elastischen Körpern zu simulieren.

Die Realisierung dieser Kopplung erfolgt bisher für Modelle der Werkzeuge SIMPACK (MKS) und ANSYS (FEM). Die Kopplung der Modelle erfolgt hierbei durch eine Integration des FEM-Modells in die MKS-Umgebung auf der Basis eine speziellen programmunabhängigen Beschreibung des FEM-Modells. Verwendet wird hierbei das zusätzliche SIMPACK-Modul FEMBS.

Kontakt: Dr.-Ing. Volker Quarz 

Kopplung MKS - Hydraulik

Ausgangspunkt für die gekopplete Simulation von MKS- und Hydraulik-Teilsystemen war die Aufgabenstellung ein Schienenfahrzeug mit hydraulischen Antriebskomponenten für

• aktive Neigetechnik (Ventilgesteuerter Zylinderantrieb)
• aktive Federung (Hydro-pneumatische Federung)
• aktive Radsatzsteuerung (Ventilgesteuerter Zylinderantrieb)

zu simulieren.

Diese Aufgabe wurde durch mehrere Kopplungsansätze realisiert:

• Kopplung von SIMPACK (MKS) und MatrixX (Hydraulik)
  
  Das hydraulische Teilsystem wurde im CAE-Werkzeug MatrixX/Systembuild als Blockschaltbild modelliert. Das MKS-Teilsystem der mechanischen Fahrzeugstruktur wird als eigener Block in die MatrixX-Umgebung importiert und die Simulation des Gesamtsystems in MatrixX vorgenommen.
  
   
   
• Modellierung des hydraulischen Teilsystems durch benutzerdefinierte Kraftelemente in SIMPACK
  
  Für verschiedene hydraulische Grundelemente, wie z.B. Ventile und Zylinder wurden eigene Kraftelemente programmiert, die in der SIMPACK-Modellierungsoberfläche miteinander zu komplexeren hydraulischen Systemen verschaltet werden können. Die Simulation des Gesamtsystems wird in SIMPACK vorgenommen.
  
  Die Einbindung hydraulischer Komponenten in SIMPACK als benutzerdefinierte Kraftelemente ist hier detailliert beschrieben.
  
   
• Kopplung von SIMPACK-Modell (MKS) und DSHplus-Modell (Hydraulik)
  
  Für diese Art der Kopplung werden SIMPACK und DSHplus nur als Werkzeuge für die Modellierung der Teilsysteme verwendet. Mit Verwendung von deren Modell-Export-Schnittstelle werden die Modelle aus den Modellierungswerkzeugen als Prgrammquelltext exportiert und für die gekoppelte Simulation in das Simulationswerkzeug MATLAB/Simulink importiert. MKS- und Hydaulik-Teilmodell werden jeweils als eigener Block im Blockschaltbild repräsentiert. Die Simulation des Gesamtmodells wird in Simulink durchgeführt.
  
  Unter Verwendung des Real-Time-Workshops (Toolbox von MATLAB) kann dieses Konzept auch für die Übernahme des gekoppelten Modells auf eine Echtzeitplattform verwendet werden.
  
  Ein Überblick über das realisierte Softwarekonzept zeigt die folgende Abbildung.

 

Kontakt: Dr.-Ing. Volker Quarz