모델은 설계, 제어, 최적화, 시뮬레이션 등을 위한 모든 모델 기반 기술의 핵심입니다. 상세 모델은 설계 활동의 핵심이며 복잡하고 계산 속도가 느릴 수 있습니다. 사용량을 확장하고 배포하기 위해 단순화된 다목적 버전을 만드는 방법은 무엇입니까? 정답은 차수 감소 모델(ROM)입니다.
ROM은 모델의 복잡성을 줄이고 적용 범위를 확장하는 효율적인 방법입니다. 3D 모델을 1D 모델로 통합하고,
시뮬레이션 속도를 높이고, 디지털 트윈 및 실시간 애플리케이션을 활성화하고, 가상 센서를 만들고, IP(지적 재산)를 보호하는 것과 같은 여러 애플리케이션의 핵심 구성 요소입니다.
이번엔 Simcenter Amesim ROM Builder를 사용하여
전력 시스템을 줄이는 방법을 보여줍니다. 그림 1에 묘사된
시스템은 생성된 전력(여기서는 입력 전압 소스로 표시됨)이
변압기에 의해 증폭되고 전송선을 통해 부하(배터리 팩)로
전송되는 전송 시스템을 나타냅니다.
여기에서 복잡성은 전송선 모델에서 비롯됩니다. 기본적으로 과도 현상을
잘 포착하기 위해 전송선 모델은 그림 1과 같이 각 섹션(여기서는 100Km에 대해 50개 섹션)이
간단한 회로로 표현되는 공간에 대해 이산화됩니다. 섹션 수가 증가하면 모델은 더 정확하지만 상태 변수의
수가 증가합니다. 이로 인해 전체 모델이 상당히 커지고 메모리가 많이 소모됩니다.
그런 맥락에서 ROM을 만드는 목적은 다음과 같습니다.
l 송전부(변압기+송전선로)의 모델
단순화로 총 상태변수 갯수 감소
l 서로 다른
상호연결로 인해 발생하는 과도현상을 충실히 재연
이것은 Simcenter Amesim ROM Builder를 사용하여
수행됩니다.
이 Tool은 ROM을
만드는 다양한 방법을 제공합니다. 예를 들어 Neural
Networks 및 RSM(Response Surface Models) 기술을 사용하여
시뮬레이션 데이터에서 사용하거나 여기 애플리케이션과 같은 선형 모델의 상태 공간 매트릭스와 같은 모델에서 사용할 수 있습니다.
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| 그림 1 |
전체 프로세스는 몇 단계로 요약할 수 있습니다.
l 송신(Transmission) 부분 분리
l Simcenter Amesim ROM Builder를 사용하여 ROM 만들기
l ROM을 시스템의 나머지 부분에 연결
l 결과 정확성
확인
1 단계
ROM을 만들기 전에 전송 부분은 그림 2와 같이 시스템의 나머지 부분에서 분리되고 Simcenter Amesim을
사용하여 선형화됩니다. 입력 변수는 변압기의 입력 전압과 송전선 말단의 전압입니다. 연결 지점의 전압을 입력으로, 전류를 출력으로 고려하도록 선택했습니다. 이것은 ROM과 물리적 모델의 나머지 부분을 물리적으로 연결하는
데 도움이 됩니다.
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| 그림 2 |
이것이 첫 번째 단계의 전부이며 ROM을 만들 준비가 되었습니다.
2 단계
두 번째 단계는 선형화 데이터(매트릭스)를 Simcenter ROM Builder에 로드하고, 축소된 모델을 계산하고, 평가하고,
내보내는 것으로 구성됩니다. 어떻게 작동하는지 봅시다.
그림 3
다음으로 Add set 버튼을 사용하기 전에 생성한 선형화된 모델을 불러옵니다 . 송신 부분의 Simcenter Amesim 모델을 선택하면 계산된 선형화된 모든 모델이 제안됩니다. 1초에 계산된 것을 선택합시다.
그림 4
이제 모델 탭으로 이동하여 ROM을 만들어 봅시다. 새 모델 버튼을 클릭하면 다양한 모델 유형이 제안됩니다. 여기서는
104개의 상태 변수가
있는 중형 모델을 다루고 있습니다 . 이러한 경우 균형 절단이 좋은 후보입니다.
시작 버튼을 클릭하면 ROM이 자동으로 계산되고 평가됩니다. 여기에서는 모델의 Hankel 특이값을 기반으로 58 의 절단 차수가 제안됩니다. 이 도구는 전체 충실도 지수가 86% 임을 나타냅니다 . 주파수 응답 플롯을 보면 ROM이 원래 모델의 큰 주파수 대역폭(최대 2.6kHz )을 커버한다는 것을 알 수 있으며 이는 우리 애플리케이션에 충분합니다.
그림 5
다음 단계는 아래와 같이 모델 추가 기능을 사용하여 계산된 모델을 저장하는 것입니다.
그림 6
다음 단계는 아래와 같이 모델 추가 기능을 사용하여 계산된 모델을 저장하는 것입니다.
그림 7
계산된 모델이 저장되고 있으므로 내보내기 탭으로 이동하여 내보냅니다.
3 단계
다양한 애플리케이션을 다루기 위해 상태 공간 ROM을 내보낼 때 네
가지 대상이 제안됩니다. 예를 들어 공동 시뮬레이션 또는 바이너리 파일을 위한 FMU(Functional Mock-up Units)를 사용하여
Simcenter Amesim 및 기타 시뮬레이션 도구와 연결할 수 있습니다.
여기서 계산된 ROM은
Simcenter Amesim 하위 모델로 내보내집니다.
그림 8
Simcenter Amesim으로 돌아가서 이제 내보낸 ROM(내보내기 단계에서 지정된 ROM 라이브러리에서 사용 가능)을 그림 9와 같이 전원 시스템의 나머지 부분에 연결해 보겠습니다. 차단 주파수가 2.5인 2개의 1차 지연 관심 주파수 범위(최대
2.6kHz) 내에서 신호를 유지하기 위해 kHz가 추가됩니다. 감소된 전력 시스템에는 이제 그림 1에 묘사된 전체 전력 시스템의
106개와 비교하여 62개의 상태 변수가 있습니다. 그러면 원래 모델의 전체 크기가 41.5 % 감소합니다.
거의 완료되었습니다! 이제 해야 할 일은 전체(그림 1) 시뮬레이션 결과와 감소된(그림 9) 전력 시스템 모델을 비교하여 ROM을 검증하는 것입니다.
그림 9
4 단계
그림 1과 10에 묘사된
두 전력 시스템은 Simcenter Amesim을 사용하는 가변 단계 솔버로 2 초 동안 시뮬레이션됩니다 .
그림 10은 배터리의 입력 전압과 충전 상태를 보여줍니다.
그림 10
결과는 더 적은 상태 변수( 106 에 비해 62 ) 로 높은 적합도를 보여줍니다 . 이는 Simcenter Amesim ROM Builder 도구에 표시된 충실도 지표(전체 충실도 86 %)에 반영됩니다. 사용성 측면에서 얻은 ROM은 전송 부분의 디지털 트윈으로 사용할 수 있습니다. 또한 동일한
애플리케이션에서 작업하고 가능하면 다른 시뮬레이션 도구를 사용하는 여러 파트너 간에 공유할 수 있습니다.
결론
여기에서는 Simcenter Amesim ROM Builder를 사용하여
전력 시스템을 줄이는 방법을 보여주었습니다. 송신 부분의 ROM을
만들어 전력계통의 상태변수 수를 쉽게 최소화할 수 있다. 여기에는 다음과 같은 많은 이점이 있습니다.
l 메모리 소모를
줄여 모델의 범위를 확장합니다.
l IP를 보존하면서 다른 파트너와 모델을 공유할 수 있습니다.
l 빠른 시제품 제작 및 설계가 가능합니다
이를 위해 Simcenter Amesim ROM Builder는 대규모
상태 공간 모델을 위한 ROM을 쉽게 만들 수 있는 멋진 기능을 제공합니다. 작업 흐름은 간단하고 직관적이며 다양한 충실도 지표를 기반으로 ROM의
충실도를 쉽게 평가할 수 있습니다. 또한 이 도구는 계산된 ROM을
다양한 컨텍스트에서 사용할 수 있도록 가능한 모든 용도를 처리하기 위해 다양한 내보내기 대상을 제공합니다.
더 궁금한 점 있으시면 CADIANS SYSTEM 으로 연락주세요.
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