ЭкосимПро

ЭкосимПро
	EcosimPro в схематическом виде, используется для создания графических моделей.
Стабильная версия	5.6.0 / декабрь 2016 г .; 7 лет назад
Предварительный выпуск	5.4.19 / Октябрь 2015 г .; 8 лет назад
Операционная система	Microsoft Windows
Веб-сайт	www .экосипро .с

EcosimPro — это инструмент моделирования, разработанный Empresarios Agrupados AIE для моделирования простых и сложных физических процессов, которые можно выразить с помощью дифференциально-алгебраических уравнений или обыкновенных дифференциальных уравнений и моделирования дискретных событий .

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 другое традиционное объектно-ориентированное программирование. ^[1] языков, но достаточно мощный для моделирования непрерывных и дискретных процессов.

В этом инструменте используется 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 двигательных систем. ^[2] и является рекомендуемым инструментом анализа ESA для систем ECLS. ^[3]^[4]

Происхождение

Проект EcosimPro Tool начался в 1989 году на средства Европейского космического агентства (ЕКА) и имел целью моделирование систем экологического контроля и жизнеобеспечения для пилотируемых космических кораблей. ^[4] например, шаттл «Гермес» . Междисциплинарный характер этого инструмента моделирования привел к его использованию во многих других дисциплинах, включая механику жидкости, химическую обработку, управление, энергетику, 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 ознакомиться с использованием EcosimPro, сначала создайте простой компонент для решения дифференциального уравнения. Хотя EcosimPro предназначен для моделирования сложных систем, его также можно использовать независимо от физической системы, как если бы он был простым средством решения уравнений. Пример в этом разделе иллюстрирует этот тип использования. Он решает следующее дифференциальное уравнение, чтобы ввести задержку в переменную x :

{\frac {dy}{dt}}=(x-y)/tau

что эквивалентно

y'=(x-y)/tau

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 этим уравнением.

Компонент, который нужно моделировать в EL, выглядит следующим образом:

COMPONENT equation_test
   DATA
      REAL tau = 0.6      "delay time (seconds)"
   DECLS
      REAL x, y
   CONTINUOUS
      y' = (x - y) / tau
END COMPONENT

Маятник
Одним из примеров прикладного исчисления может быть движение идеального маятника (без учета трения). У нас будут следующие данные: сила тяжести «g»; длина маятника «L»; и масса маятника «М». В качестве вычисляемых переменных мы будем иметь: декартово положение маятника «x» и «y» в каждый момент времени и натяжение нити маятника «T». Уравнения, определяющие модель, будут следующими:

- Проецируя длину троса на декартовы оси и применяя теорему Пифагора, получаем:

x^{2}+y^{2}=L^{2}

Разлагая силу по картезианам, получаем

F_{x}=-T{\frac {x}{L}}

и

F_{y}=-T{\frac {y}{L}}-M\;g

Чтобы получить дифференциальные уравнения, мы можем преобразовать:

F_{x}=M\;a_{x}=M\;{\ddot {x}}

и

F_{y}=M\;a_{y}=M\;{\ddot {y}}

(примечание: ${\dot {x}}$ является первой производной положения и равна скорости. ${\ddot {x}}$ является второй производной положения и равна ускорению)

Этот пример можно найти в библиотеке DEFAULT_LIB как «pendulum.el»:

COMPONENT pendulum   "Pendulum example"
   DATA
      REAL g = 9.806               "Gravity (m/s^2)"
      REAL L = 1.                  "Pendulum longitude (m)"
      REAL M = 1.                  "Pendulum mass (kg)"
   DECLS
      REAL x                       "Pendulum X position (m)"
      REAL y                       "Pendulum Y position (m)"
      REAL T                       "Pendulum wire tension force (N)"
   CONTINUOUS
      x**2 + y**2 = L**2
      M * x'' = - T * (x / L)
      M * y'' = - T * (y / L) - M * g
END COMPONENT

Последние два уравнения соответственно выражают ускорения x'' и y'' по осям X и Y.

Математические способности

Символьная обработка уравнений (например, вывод и т. д.)
Робастные решатели для нелинейных систем и систем ДАУ: DASSL, ^[5] Ньютон-Рафсон ^[6]^[7]
Мастера математики для:
- Определение граничных условий
- Решение алгебраических петель
- Уменьшение проблем с 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 П-, ПИ- и ПИД-контроллеры, а также сигнальные процессоры и т. д.
Turbojet : Библиотека для моделирования турбинных реакторов. С такими компонентами, как турбины, форсунки, компрессоры, горелки и т. д.
ECLSS : была разработана полная библиотека компонентов для моделирования сложных условий окружающей среды для пилотируемых космических кораблей. ^[4]
ESPSS : стандартный набор библиотек с компонентами и функциями для моделирования двигательных установок ракет-носителей и двигательных установок космических кораблей. ^[2]
Thermal : эта библиотека содержит компоненты, необходимые для разработки тепловых моделей с сосредоточенными параметрами, т. е. диффузионных тепловых узлов, граничных тепловых узлов, линейных теплопроводников и радиационных теплопроводников.
Энергетика : 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 крупных криогенных систем, например, в ЦЕРН . ^[9]
Другие :
- Очистка воды
- Обращение с отходами
- Агропродовольственные биотехнологические процессы
- И т. д.

См. также

Ссылки

^ Бертран Мейер (1997). Объектно-ориентированное создание программного обеспечения (2-е изд.). Прентис Холл. ISBN 0-13-629155-4 .
^ Jump up to: ^а ^б Армин Иссельхорст (июль 2010 г.). Моделирование HM7B с помощью инструмента ESPSS на верхней ступени Ariane 5 ESC-A (PDF) . 46-я совместная конференция и выставка AIAA/ASME/SAE/ASEE по двигательным установкам. АИАА . Проверено 6 мая 2011 г. ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}
^ «ESA: Программное обеспечение для термического анализа — EcosimPro» . Европейское космическое агентство.
^ Jump up to: ^а ^б ^с Даниэле Лаурини; Алан Тиртетл; Клаус Бокшталер (май 1999 г.). «ЕКА: Поддержка жизни» (PDF) . Европейское космическое агентство.
^ Линда Р. Петцольд (1982). Описание DASSL: решатель дифференциальных/алгебраических систем SAND82-8637 .
^ П. Дефлхард (2004). Методы Ньютона для нелинейных задач. Аффинная инвариантность и адаптивные алгоритмы . Берлин: Шпрингер. ISBN 3-540-21099-7 .
^ ВХ Пресс; Б.П. Фланнери; С.А. Теукольский; В. Т. Веттерлинг (1992). Численные рецепты в C: Искусство научных вычислений . Издательство Кембриджского университета. стр. и 9,6 ISBN 0-521-43108-5 .
^ К. Пантелидес (март 1988 г.). «Последовательная инициализация дифференциально-алгебраических систем». СИАМ J. Sci. Стат. Вычислить. 9 (2): 213–231. дои : 10.1137/0909014 .
^ Б. Браду; П. Гайе; СИ Никулеску (2007). «Динамический симулятор крупномасштабных криогенных систем». (PDF) . 6-й Конгресс EUROSIM по моделированию и симуляции . Любляна, Словения. Архивировано из оригинала (PDF) 7 июля 2011 года . Проверено 6 мая 2011 г.

Внешние ссылки

Официальный сайт

[1] Бертран Мейер (1997). Объектно-ориентированное создание программного обеспечения (2-е изд.). Прентис Холл. ISBN 0-13-629155-4 .

[ESPSS-2] Jump up to: ^а ^б Армин Иссельхорст (июль 2010 г.). Моделирование HM7B с помощью инструмента ESPSS на верхней ступени Ariane 5 ESC-A (PDF) . 46-я совместная конференция и выставка AIAA/ASME/SAE/ASEE по двигательным установкам. АИАА . Проверено 6 мая 2011 г. ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}

[3] «ESA: Программное обеспечение для термического анализа — EcosimPro» . Европейское космическое агентство.

[ECLSS-4] Jump up to: ^а ^б ^с Даниэле Лаурини; Алан Тиртетл; Клаус Бокшталер (май 1999 г.). «ЕКА: Поддержка жизни» (PDF) . Европейское космическое агентство.

[5] Линда Р. Петцольд (1982). Описание DASSL: решатель дифференциальных/алгебраических систем SAND82-8637 .

[6] П. Дефлхард (2004). Методы Ньютона для нелинейных задач. Аффинная инвариантность и адаптивные алгоритмы . Берлин: Шпрингер. ISBN 3-540-21099-7 .

[7] ВХ Пресс; Б.П. Фланнери; С.А. Теукольский; В. Т. Веттерлинг (1992). Численные рецепты в C: Искусство научных вычислений . Издательство Кембриджского университета. стр. и 9,6 ISBN 0-521-43108-5 .

[8] К. Пантелидес (март 1988 г.). «Последовательная инициализация дифференциально-алгебраических систем». СИАМ J. Sci. Стат. Вычислить. 9 (2): 213–231. дои : 10.1137/0909014 .

[9] Б. Браду; П. Гайе; СИ Никулеску (2007). «Динамический симулятор крупномасштабных криогенных систем». (PDF) . 6-й Конгресс EUROSIM по моделированию и симуляции . Любляна, Словения. Архивировано из оригинала (PDF) 7 июля 2011 года . Проверено 6 мая 2011 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]