Я имел честь представлять компанию ANSYS с пленарным докладом на конференции MoRePaS по использованию моделей сокращённого порядка (ROM – Reduced Order Modeling). (MoRePaS international workshop on Reduced Order Modeling). Использование ROM-моделей является существенным технологическим достижением и крайне полезно для системного моделирования. Сфера применения ROM-моделей крайне широка, начиная от возможности построения более точных моделей сложных систем, и заканчивая решением задач системного моделирования в режиме реального времени.

Модели сокращенного порядка (ROM-модели) – это компактные, автоматически создаваемые представления полноценных 3D моделей, предназначенные для системного моделирования. Математические и численные методы для создания таких моделей не являются чем-то новым – они уже использовались в таких приложениях, как сжатие изображений. Создание моделей сокращённого порядка, как правило, предъявляет серьёзные требования к счётной мощности и используемому программному обеспечению, но после их создания они становятся крайне быстрым и эффективным элементом системных моделей.

Для использования в системном моделировании, для ROM-моделей задаются входные и выходные параметры (например, состояние сигнальных линий, параметры граничных условий и т.д.). Что касается точности расчётов, то как для стационарных, так и для динамических задач ROM-модели обычно демонстрируют погрешность в пределах 5% относительно результатов исходных моделей. Возможность использования ROM-моделей в динамических расчётах является крайне важной для системного моделирования.

Использование ROM-моделей в системном моделировании предоставляет следующие преимущества:

• Многократное использование моделей компонентов: Возможность быстрого и автоматического покомпонентного построения модели системы без необходимости работы со сложными 3D моделями.
• Сокращение времени расчёта: при сопоставимой точности время расчёта сложной системы сокращается от 10 до 100 раз относительно расчёта полных 3D моделей.
• Верификация на системном уровне: становится возможным верификация разрабатываемой системы с помощью комбинации системного моделирования и использования проверенных компонентов и подсистем.
• Оптимизация: Возможность проведения оптимизации и определения взаимных влияний отдельных компонентов на системном уровне с учётом ограничений операционных режимов, наложенных на систему в целом.

Один из примеров применения ROM-моделей представлен на рисунке ниже. В данном расчёте электрической трансмиссии гибридного автомобиля использована ROM-модель электродвигателя. Кроме того, для сокращения объема сложных расчётов 3D моделей при построении ROM-модели активно использовалась осевая симметрия двигателя.

Основной акцент в моём докладе был сделан на процессе разработки типовых ROM-моделей в практике инженерных расчётов, а также на преимуществах и недостатках стандартизации форматов ROM-моделей.

Практическое применение ROM-моделей в системном моделировании также описано в статье Model Reduction Technology and Software/Hardware Collaborative Model-Based Development.

Кроме того, вы можете найти больше информации в патентах и публикациях компании ANSYS по этой теме. Наша компания продолжает инвестировать в эту многообещающую для наших клиентов область расчётов. Вот небольшой перечень публикаций:

Rosu, M., Kher, S., Beley, J. D., Ostergaard, D., Bechtold, T., Rauch, R., & Otto, J. (2011, March). Fast and efficient multi-domain system simulation based on coupled heterogeneous model structures. In Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE) Conference Series (Vol. 7977, p. 69).

Asgari, S., Lalgudi, S., Tsuk, M., Kher. S. “Fast and Reliable Macromodeling for Heat Flows under the Linear Time-Invariant Assumption”, Proc. NAFEMS World Congress 2011, pp 9

Hu, Xiao, et al. “A state space thermal model for HEV/EV battery using vector fitting.” Transportation Electrification Conference and Expo (ITEC), 2012 IEEE. IEEE, 2012.

Hu, Xiao, et al. “A linear parameter-varying model for HEV/EV battery thermal modeling.” Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), 2012 IEEE. IEEE, 2012.

Asgari, Saeed, Subramanian N. Lalgudi, and Michael Tsuk. “Analytical integration-based causality checking of tabulated S-parameters.” 19th Topical Meeting on Electrical Performance of Electronic Packaging and Systems. 2010.

Asgari, Saeed, et al. “Application of POD plus LTI ROM to Battery Thermal Modeling: SISO Case.” SAE International Journal of Commercial Vehicles7.2014-01-1843 (2014): 278-285.

Tsuk, Michael J., and Jacob K. White. “State-space model-based simulators and methods.” U.S. Patent No. 8,504,345. 6 Aug. 2013.

Stanton, S., D. Lin, and Z. Tang. “Interior permanent magnet machine analysis using finite element based equivalent circuit model.” 2009 IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference. 2009.

Источник: http://www.ansys-blog.com/reduced-order-modeling-in-the-context-of-system-level-simulation/
Автор: Sameer Kher