Simscape Fluids

Modellierung und Simulation fluidtechnischer Systeme

 

Simscape Fluids™ (ehemals SimHydraulics®) bietet Komponentenbibliotheken zur Modellierung und Simulation fluidtechnischer Systeme. Das Tool enthält Modelle von Hydraulikpumpen, Ventilen, Aktuatoren, Rohrleitungen und Wärmetauschern. Nutzen Sie diese Komponenten zur Entwicklung von Fluidtechniksystemen wie Frontlader, Servolenkungen und Fahrwerksaktuatoren. Mit Simscape Fluids können Sie außerdem Motorkühlungs-, Getriebeschmierungs- und Treibstoffzufuhrsysteme entwickeln. Mithilfe von Komponenten der Simscape™-Produktfamilie lassen sich mechanische, elektrische, thermische und andere physikalische Systeme in Ihr Modell integrieren.

Simscape Fluids erleichtert die Entwicklung von Regelungssystemen und das Testen der Leistung auf Systemebene. Erstellen Sie benutzerdefinierte Komponentenmodelle unter Verwendung der auf MATLAB® basierenden Simscape-Sprache, die den textbasierten Entwurf von physikalischen Modellierungskomponenten, Domänen und Bibliotheken ermöglicht. Parametrieren Sie Ihre Modelle mit Variablen und Ausdrücken von MATLAB und entwerfen Sie Regelungssysteme für Ihr hydraulisches System in Simulink®. Um Modelle in anderen Simulationsumgebungen bereitzustellen, einschließlich HIL-Systemen (Hardware-in-the-Loop), unterstützt Simscape Fluids die Generierung von C Code.

Erste Schritte:

Strömungstechnik

Modellieren Sie Betätigungssysteme für Baugeräte und Produktionsmaschinen und für Anwendungen in der Automobilindustrie sowie Luft- und Raumfahrt.

Modellierung benutzerdefinierter Fluidtechniksysteme

Entwerfen Sie Modelle für hydraulische und pneumatische Betätigungssysteme ohne grossen Zeitaufwand und vergleichen Sie die Leistung mit den Systemanforderungen. Erstellen Sie benutzerdefinierte Modelle von Ventilen, Pumpen und Motoren. Ergänzen Sie nichtlineare Effekte oder vereinfachen Sie Modelle für Simulationen in Echtzeit.

Betätigungssystem, das durch zwei Open-Center-5/3-Wegeventile gesteuert wird.

Evaluieren von thermischen Effekten

Modellieren Sie auch druck- und temperaturabhängiges Verhalten von Flüssigkeiten. Verbinden Sie hydraulische oder pneumatische Systeme mit einem Wärmenetz, um die Wärmeübertragung zwischen Komponenten und der Umgebung zu modellieren. Beurteilen Sie die Auswirkungen der Temperatur auf die Leistung der Komponenten und des gesamten Systems.

Ein doppeltwirkender Aktuator, modelliert als Differenzialzylinder.

Entwicklung von Regelungsalgorithmen

Modellieren Sie die Logik von hydraulischen und pneumatischen Systemen zur Steuerung von Pumpen und Ventilen. Wenden Sie automatische Verfahren zum Justieren der Regler an, um die Leistung von Closed-Loop-Betätigungssystemen zu optimieren. Identifizieren Sie mögliche Reglerverstärkungen, mit denen sich die Erwartungen an Stabilität und Reaktionszeiten erfüllen lassen.

Modell eines hydraulisch betätigten Werkzeugs zum Vorbohren, Bohren und Reiben.

Erwärmung und Kühlung

Modellieren Sie Thermomanagementsysteme für Batterien, Fahrzeuge, Gebäude und andere industrielle Anwendungen.

Evaluieren der Systemarchitektur

Kombinieren Sie Wärmetauscher, Verdampfer und Pumpen zur Modellierung von benutzerdefinierten Thermomanagementsystemen. Integrieren Sie die entsprechende Steuerlogik und vergleichen Sie die simulierte Leistung mit den Systemanforderungen. Automatisierte Tests prüfen das Systemverhalten unter regulären und irregulären Bedingungen (z. B. extreme Temperaturen und Komponentenversagen).

Modell mit Batteriesätzen und einer Kälteplatte mit Kanälen für Kühlungsflüssigkeit.

Größenanpassung von Komponenten

Variieren Sie die Größe von Rohren, Pumpen und Wärmetauschern, während Sie die Leistung auf Systemebene beurteilen. Ordnen Sie die Anforderungen an das Gesamtsystem den entsprechenden Komponenten zu und definieren Sie den Druckabfall und Stromverbrauch. So lässt sich die optimale Kombination der Komponenten bestimmen und die Energieeffizienz maximieren.

Modell eines Dampfdruck-Kühlkreislaufs, bei dem das Kühlmittel im Hochdruckabschnitt des Kreislaufs im superkritischen Zustand vorliegt.

Entwicklung von Regelungsalgorithmen

Modellieren der Logik von Wärme- und Kühlsystemen zur Auswahl des Betriebsmodus. Wenden Sie automatische Verfahren zum Justieren der Regler an, um die Energieeffizienz zu maximieren. Identifizieren Sie mögliche Reglerverstärkungen, mit denen sich die Erwartungen an  Stabilität und Reaktionszeiten erreichen lassen.

Modell eines HLK-Systems für Fahrzeuge mit Gebläse, Verdampfer, Heizkörper und Kanalkomponenten.

Flüssigkeitstransport

Modellieren Sie Leitungssysteme für Flüssigkeiten in Treibstofftanks von Flugzeugen, Wasserversorgungsnetzen, maschinellen Schmierungsanlagen und anderen industriellen Systemen.

Evaluieren von Systemarchitekturen

Erstellen Sie aus Rohren, Pumpen und Tanks Modelle für Flüssigkeitstransportsysteme. Integrieren Sie die entsprechende Steuerlogik und vergleichen Sie die simulierte Leistung mit den Systemanforderungen. Mit automatisierten Tests wird das Verhalten unter angenommenen Betriebsbedingungen sowie in irregulären Szenarien (extreme Durchflussrate, extremer Druck oder Komponentenversagen) geprüft.

Modell des Treibstofftanks eines Flugzeugs mit Pumpstation.

Größenanpassung von Komponenten

Variieren Sie die Größe von Pumpen, Tanks und Rohren, während Sie die Leistung auf Systemebene testen. Ordnen Sie die Anforderungen an das Gesamtsystem den entsprechenden Komponenten zu und definieren Sie den Druckabfall und Stromverbrauch. So lässt sich die optimale Kombination der Komponenten bestimmen und die Energieeffizienz maximieren.

Modell eines Wasserversorgungssystems mit mehreren Pumpstationen.

Entwicklung von Regelungsalgorithmen

Modellieren Sie die Logik für fluidtechnische Systeme zur Auswahl der zu aktivierenden Pumpen und Ventile. Erfüllen Sie die Systemanforderungen mithilfe von automatischen Verfahren zum Justieren der Regler für Durchflussraten und Füllstände. Identifizieren Sie mögliche Reglerverstärkungen, mit denen sich die Erwartungen an Stabilität und Reaktionszeiten erreichen lassen.

Modell eines pumpengetriebenen Kühlkreislaufs, in dem die Systemtemperatur durch den Thermostat reguliert wird.

Vorausschauende Wartung

Entwickeln Sie Algorithmen zur Vorhersage von Komponentenversagen, um Verluste, Ausfallzeiten und Kosten zu minimieren.

Erstellung robuster Designs

Spezifizieren Sie Ausfallkriterien für Komponenten wie zeit-, druck- und temperaturbasierte Bedingungen. Modellieren Sie ausgefallene Komponenten, beispielsweise eine undichte Versiegelung oder blockierte Blende. Durch die automatische Konfiguration von Modellen lassen sich Entwürfe effizient für Fehlerbedingungen validieren.

Modell einer Triplex-Hubkolbenpumpe mit mehreren Fehlern (Leck, Blockade und abgenutztes Lager).

Training von Machine-Learning-Algorithmen

Generieren Sie Trainingsdaten, um Algorithmen für die prädiktive Instandhaltung zu trainieren. Validieren Sie Algorithmen in virtuellen Tests mit geläufigen und ungewöhnlichen Szenarien. Reduzieren Sie Ausfallzeiten und Gerätekosten durch die Sicherstellung optimaler Wartungsintervalle.

Modell einer Axialkolbenpumpe mit fünf Kolben.

Minimieren von Leistungsverlusten

Berechnen Sie die benötigte Leistung von hydraulischen und pneumatischen Komponenten. Überprüfen Sie die Komponenten auf ihre Betriebssicherheit. Simulieren Sie automatisch spezifische Zwischenfälle und Testreihen unterschiedlicher Szenarien und nutzen Sie MATLAB zur Nachbearbeitung der Ergebnisse.

Modell eines Dampfturbinensystems basierend auf dem Rankine-Kreisprozess.

Virtuelle Tests

Verifizieren Sie das Systemverhalten unter Bedingungen, die sich nur schwer mit Hardwareprototypen testen lassen.

Testen zusätzlicher Szenarien

Verwenden Sie MATLAB zur automatischen Konfiguration Ihres Modells für Tests, indem Sie Varianten auswählen, Umgebungsbedingungen festlegen und geeignete Experimente vorbereiten. Führen Sie Testreihen oder Parameterdurchläufe parallel auf einer Multicore-Workstation oder in einem Cluster aus.

Modell eines Betätigungssystems für Spritzgussmaschinen.

Zuverlässige Verhaltensvorhersagen

Importieren Sie Flüssigkeitseigenschaften aus Datenbanken unter Berücksichtigung physikalischer Vorgänge wie Kondensation und Verdunstung. Optimieren Sie Parameter automatisch anhand gemessener Daten. Steuern Sie die Schrittgröße und die Toleranzen automatisch in Simulink, um zuverlässige Ergebnisse zu erzielen.

Modell eines hydrostatischen Getriebes mit einer Verstellpumpe und einem hydraulischen Konstantmotor.

Automatisieren von Analysen

Testen Sie Ihre Entwicklungen in zahlreichen Szenarien, um die Effizienz des Systems zu beurteilen. Analysieren Sie mithilfe von FFT-Berechnungen Druckschwankungen in Ihrem Entwurf und automatisieren Sie in MATLAB Simulationen und die Nachbearbeitung von Ergebnissen.

Modell eines Schmierungssystems, das durch eine Zentrifugalpumpe versorgt wird.

Modellbereitstellung

Verwenden Sie Modelle für den gesamten Entwicklungsprozess, einschließlich Tests von Embedded Reglern.

Testen ohne Hardwareprototypen

Konvertieren Sie Ihr Modell aus Simscape Fluids in C Code, um Embedded Regelungsalgorithmen mit Hardware-in-the-Loop-Tests auf dSPACE®, Speedgoat, OPAL-RT und anderen Echtzeitsystemen zu testen. Führen Sie virtuelle Inbetriebnahmen durch, indem Sie Tests anhand eines digitalen Zwillings Ihres Produktionssystems konfigurieren.

Modell einer flüssiggekühlten permanenterregten Synchronmaschine, bei der mittels energiebasierter Modellierung Hochfrequenzwechsel verhindert werden, sodass sich das Modell auch für HIL-Simulationen eignet.

Beschleunigen der Optimierung

Konvertieren Sie Ihr Modell aus Simscape Fluids in C Code, um einzelne Simulationen zu beschleunigen. Führen Sie Tests parallel aus, indem Sie Simulationen auf mehreren Kernen eines einzelnen Computers, auf mehreren Computern in einem Cluster oder in einer Cloud bereitstellen.

Modell eines Hydraulikzylinders mit benutzerdefiniertem Snubber (Dämpfungskomponente) auf beiden Seiten des Zylinders.

Zusammenarbeit mit anderen Teams

Optimieren und simulieren Sie Modelle mit hochentwickelten Komponenten und Funktionen aus der gesamten Simscape-Produktfamilie, ohne eine Lizenz für jedes Simscape-Add-On-Produkt erwerben zu müssen. Geschützte Modelle können externen Teams zur Verfügung gestellt werden, ohne Geistiges Eigentum offenzulegen.

Modell einer Einspritzpumpe für die Einspritzanlage eines Dieselmotors.

Die Simscape-Plattform

Testen Sie in einer einzelnen Simulationsumgebung, um Integrationsprobleme zu identifizieren.

Modellieren Ihres gesamten Systems

Testen Sie die Integration elektrischer, magnetischer, thermaler, mechanischer, hydraulischer, pneumatischer und weiterer Systeme in einer einzelnen Umgebung. Identifizieren Sie Integrationsprobleme frühzeitig und optimieren Sie die Leistung auf Systemebene.

Benutzerdefinierte Modelle

Definieren Sie mit der auf MATLAB basierenden Simscape-Sprache benutzerdefinierte Komponenten, die die erforderliche Analysegenauigkeit bieten. Arbeiten Sie effizienter, indem Sie wiederverwendbare, parametrisierte Baugruppen mit modularen Schnittstellen nutzen.

Modell der Hilfsturbine einer Gasturbine basierend auf dem Brayton-Kreisprozess.

Kollaborativer Entwurf

Mithilfe einer ausführbaren Spezifikation des gesamten Systems können Softwareprogrammierer und Hardwareentwickler im Entwicklungsstadium frühstmöglich zusammenarbeiten. Verwenden Sie Simulationen, um den gesamten Entwurfsraum zu untersuchen.

Modell des Umgebungskontrollsystems eines Flugzeugs zur Regulierung von Druck, Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Ozon, um eine angenehme und sichere Kabinenumgebung zu schaffen.

MATLAB und Simulink

Zeitsparende Design-Optimierung durch automatisierte Arbeitsschritte am gesamten Systemmodell.

Automatisieren jeder beliebigen Aufgabenstellung mit MATLAB

Automatisieren Sie mit MATLAB beliebige Aufgaben, einschließlich Modellaufbau, Parametrisierung, Tests, Datenerfassung und Nachverarbeitung. Erstellen Sie Apps für häufig vorkommende Aufgaben, um die Effizienz ihrer gesamten technischen Abteilung zu erhöhen.

Schaubild von Druckschwankungen in einem langen Rohr, in dem die dynamische Komprimierbarkeit und Trägheitseffekte modelliert werden.

Optimieren von Systementwürfen

Verwenden Sie Simulink, um Regelungsalgorithmen, den Hardwareentwurf und die Signalverarbeitung in einer einzelnen Umgebung zu integrieren. Nutzen Sie Optimierungsalgorithmen, um das insgesamt beste Design für Ihr System zu finden.

Modell eines Lüftungskreislaufs in einem Gebäude.

Verkürzen von Entwicklungszyklen

Verringern Sie mithilfe von Verifikations- und Validierungstools die Anzahl an Entwurfsiterationen, die zur vollständigen und konsistenten Einhaltung aller Anforderungen nötig sind. Stellen Sie die Einhaltung von Anforderungen auf Systemebene sicher, indem Sie sie während Ihres gesamten Entwicklungszyklus kontinuierlich verifizieren.

Modell eines Überdruckbeatmungsgeräts.

Neue Funktionen

Bibliothek für isotherme Flüssigkeiten

Modellieren von Flüssigkeitssystemen mit massebasierten Gleichungen bei konstanter Temperatur

Blockvoreinstellung für thermische Flüssigkeitseigenschaften (TF)

Modellieren thermischer Flüssigkeitsnetze mit SAE 5W-30-Motoröl

Kondensator-Verdampfer (2P-MA)-Block

Modellieren des Wärmeaustauschs zwischen Netzwerken aus Zweiphasen-Flüssigkeiten und Feuchtluft

E-NTU-Varianten von Gas-Wärmetauscherblöcken

Modellieren des Wärmetausches in Gasnetzen mit der Effektivitäts-NTU-Methode

Thermische Wanddynamik in Wärmetauscherblöcken

Erfassen nichtstabiler thermischer Phänomene aufgrund der thermischen Masse der Wand des Wärmetauschers

3-Zonen-Rohr (2P)-Block

Modellieren von Rohren mit Flüssigkeiten oder Dampf und Mischungen aus Flüssigkeiten und Dampf

Siehe Versionshinweise für Einzelheiten zu jedem dieser Merkmale und den entsprechenden Funktionen.