EcosimPro es una herramienta de simulación desarrollada por Empresarios Agrupados AIE para modelar procesos físicos simples y complejos que pueden expresarse en términos de Ecuaciones Algebraicas Diferenciales o Ecuaciones Diferenciales Ordinarias y Simulación de Eventos Discretos .
Lanzamiento estable | 5.6.0 / diciembre de 2016 |
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Versión de vista previa | 5.4.19 / octubre de 2015 |
Sistema operativo | Microsoft Windows |
Sitio web | www |
La aplicación se ejecuta en las diversas plataformas de Microsoft Windows y utiliza su propio entorno gráfico para el diseño del modelo.
El modelado de componentes físicos se basa en el lenguaje EcosimPro (EL) que es muy similar a otros lenguajes convencionales de programación orientada a objetos [1] pero es lo suficientemente potente como para modelar procesos continuos y discretos.
Esta herramienta emplea un conjunto de bibliotecas que contienen varios tipos de componentes (mecánicos, eléctricos, neumáticos, hidráulicos, etc.) que se pueden reutilizar para modelar cualquier tipo de sistema.
Se utiliza en la ESA para el análisis de sistemas de propulsión [2] y es la herramienta de análisis recomendada por la ESA para los sistemas ECLS. [3] [4]
Orígenes
El proyecto de herramientas EcosimPro comenzó en 1989 con fondos de la Agencia Espacial Europea (ESA) y con el objetivo de simular sistemas de control ambiental y soporte vital para naves espaciales tripuladas, [4] como el transbordador Hermes . La naturaleza multidisciplinaria de esta herramienta de modelado llevó a su uso en muchas otras disciplinas, incluida la mecánica de fluidos, el procesamiento químico, el control, la energía, la propulsión y la dinámica de vuelo. Estas complejas aplicaciones han demostrado que EcosimPro es muy robusto y está listo para usarse en muchos otros campos.
El lenguaje de modelado
Ejemplos de código
Ecuación diferencial
Para familiarizarse con el uso de EcosimPro, primero cree un componente simple para resolver una ecuación diferencial. Aunque EcosimPro está diseñado para simular sistemas complejos, también se puede utilizar independientemente de un sistema físico como si fuera un solucionador de ecuaciones puro. El ejemplo de esta sección ilustra este tipo de uso. Resuelve la siguiente ecuación diferencial para introducir un retardo a la variable x :
que es equivalente a
donde x y y tienen una dependencia del tiempo que será definido en el experimento. Tau es un dato proporcionado por el usuario; utilizaremos un valor de 0,6 segundos. Esta ecuación introduce un retraso en la variable x respecto ay con valor tau . Para simular esta ecuación, crearemos un componente EcosimPro con la ecuación en él.
El componente a simular en EL es así:
COMPONENTE prueba_ecuación DATOS REAL tau = 0,6 "tiempo de retardo (segundos)" DECLARACIONES REAL x, y CONTINUO y '= (x - y) / tauCOMPONENTE FINAL
Péndulo
Un ejemplo de cálculo aplicado podría ser el movimiento de un péndulo perfecto (sin tener en cuenta la fricción). Tendríamos los siguientes datos: la fuerza de gravedad 'g'; la longitud del péndulo 'L'; y la masa del péndulo 'M'. Como variables a calcular tendríamos: la posición cartesiana en cada momento del péndulo 'x' e 'y' y la tensión en el alambre del péndulo 'T'. Las ecuaciones que definen el modelo serían:
- Proyectando la longitud del cable sobre los ejes cartesianos y aplicando el teorema de Pitágoras obtenemos:
Al descomponer la fuerza en cartesianos obtenemos
y
Para obtener las ecuaciones diferenciales podemos convertir:
y
(Nota: es la primera derivada de la posición y es igual a la velocidad. es la segunda derivada de la posición y es igual a la aceleración)
Este ejemplo se puede encontrar en la biblioteca DEFAULT_LIB como "pendulum.el":
Péndulo COMPONENTE "Ejemplo de péndulo" DATOS REAL g = 9.806 "Gravedad (m / s ^ 2)" REAL L = 1. "Longitud del péndulo (m)" REAL M = 1. "Masa del péndulo (kg)" DECLARACIONES REAL x "Posición del péndulo X (m)" REAL y "Posición del péndulo Y (m)" REAL T "Fuerza de tensión del hilo pendular (N)" CONTINUO x ** 2 + y ** 2 = L ** 2 M * x '' = - T * (x / L) M * y '' = - T * (y / L) - M * gCOMPONENTE FINAL
Las dos últimas ecuaciones expresan respectivamente las aceleraciones, x '' e y '' , en los ejes X e Y
Capacidades matemáticas
- Manejo simbólico de ecuaciones (por ejemplo: derivación, etc.)
- Solucionadores robustos para sistemas DAE y no lineales: DASSL, [5] Newton-Raphson [6] [7]
- Asistentes de matemáticas para:
- Definición de condiciones de contorno
- Resolver bucles algebraicos
- Reducir los problemas de DAE de índice alto [8]
- Inteligentes algoritmos matemáticos basados en la teoría de grafos para minimizar el número de ecuaciones y variables desconocidas
- Potente controlador de eventos discretos para detener la simulación cuando ocurre un evento
Aplicaciones
EcosimPro se ha utilizado en muchos campos y disciplinas. Los siguientes párrafos muestran varias aplicaciones
- Control : esta biblioteca proporciona componentes para la representación de lazos de control, incluidos los controladores típicos P, PI y PID, y procesadores de señales, etc.
- Turborreactor : Biblioteca para modelar reactores de turbina. Con componentes como turbinas, toberas, compresores, quemadores, etc.
- ECLSS : Se ha desarrollado una biblioteca completa de componentes para modelar condiciones ambientales complejas para naves espaciales tripuladas [4]
- ESPSS : un conjunto estándar de bibliotecas con componentes y funciones para la simulación de sistemas de propulsión de vehículos de lanzamiento y sistemas de propulsión de naves espaciales. [2]
- Térmico : esta biblioteca contiene los componentes necesarios para desarrollar modelos térmicos de parámetros agrupados, es decir, nodos térmicos difusivos, nodos térmicos límite, conductores térmicos lineales y conductores térmicos radiativos.
- Energía : En el campo de la Energía, EcosimPro se ha utilizado en diferentes aplicaciones como balances de calor (Thermal_Balance), sistemas hidráulicos (Pipe Networks Tool), carbonato fundido y pilas de combustible alcalinas, etc.
- Criogenia : simulación de grandes sistemas de criogenia, por ejemplo, en el CERN . [9]
- Otros :
- Tratamiento de aguas
- Tratamiento de desechos
- Procesos de biotecnología agroalimentaria
- Etc.
Ver también
Referencias
- ^ Bertrand Meyer (1997). Construcción de software orientado a objetos (2ª ed.). Prentice Hall. ISBN 0-13-629155-4.
- ^ a b Armin Isselhorst (julio de 2010). Simulación HM7B con la herramienta ESPSS en la etapa superior Ariane 5 ESC-A (PDF) . 46a Conferencia y Exhibición Conjunta de Propulsión AIAA / ASME / SAE / ASEE. AIAA . Consultado el 6 de mayo de 2011 .[ enlace muerto permanente ]
- ^ "ESA: Software de análisis térmico - EcosimPro" . Agencia Espacial Europea.
- ^ a b c Daniele Laurini; Alan Thirkettle; Klaus Bockstahler (mayo de 1999). "ESA: Supporting Life" (PDF) . Agencia Espacial Europea.
- ^ Linda R. Petzold (1982). Una descripción de DASSL: un solucionador de sistemas diferenciales / algebraicos SAND82-8637 .
- ^ P. Deuflhard (2004). Métodos de Newton para problemas no lineales. Invarianza afín y algoritmos adaptativos . Berlín: Springer. ISBN 3-540-21099-7.
- ^ WH Press; BP Flannery; SA Teukolsky; WT Vetterling (1992). Recetas numéricas en C: el arte de la informática científica . Prensa de la Universidad de Cambridge. pp. y 9.6 [ http://www.nrbook.com/a/bookcpdf/c9-6.pdf . ISBN 0-521-43108-5.
- ^ C Pantelides (marzo de 1988). "La inicialización consistente de sistemas algebraicos diferenciales". SIAM J. Sci. Estadístico. Computación. 9 : 213-231. doi : 10.1137 / 0909014 .
- ^ B. Bradu; P. Gayet; SI Niculescu (2007). "Un simulador dinámico para sistemas criogénicos a gran escala". (PDF) . VI Congreso EUROSIM de Modelado y Simulación . Ljubljana, Eslovenia. Archivado desde el original (PDF) el 7 de julio de 2011 . Consultado el 6 de mayo de 2011 .
enlaces externos
- Página web oficial