Fast Simulation Code – MapleSim – Modeling and Simulation

快速仿真代码

凭借惊人的快速仿真代码,MapleSim是测试高保真模型和硬件在环的理想选择,同时也适用于训练神经网络和自动驾驶程序。

增加模型复杂度但不损失仿真速度

无论您是从事硬件、软件或者是应用程序的使用者,最重要的是,您的系统模型需要具有足够的复杂度以提供准确的结果,并且可以在实时平台的固定时间步长下运行。

使用MapleSim,您可以同时具备模型复杂度和实时运行性能 

  • 尽可能快地为您的模型开发代码
  • 使用MapleSim无损方程简化功能优化代码,保证模型完整性
  • 使用MapleSim的专业模型库和特定的应用来调整您的模型
  • 您可以整合MapleSim的仿真代码成为实时工具链上的一环,或者其他目标应用平台。无需版权费用
  • 当您在设计和测试车辆控制系统时,使用虚拟硬件在环模型,代替硬件在环中的实物元件。

通过使用MapleSim或MapleSim接口工具箱,工程师在生成兼容性代码时有了更多的选择。

了解更多的信息关于MapleSim生成已优化代码

 

vehicle suspension testing example image
Reduce computational effort using fast, royalty-free code

使用快速、免版税的代码减少计算工作量

MapleSim的仿真代码快速、免版税、计算效率高,这使得它非常适合新产品开发中的广泛应用。

为了实现尽可能快的仿真运行时间,MapleSim使用了新一代符号计算技术,该技术经历了超过30年的研究和积累,并应用于以下两个步骤。

步骤1
MapleSim采用了符号简化,包括下标缩减、差分消除、独立系统的分离、冗余系统的消除以及在数值模拟过程中可能导致其他工具失效的复杂部分。这些简化不会对模型的真实度造成任何改变

步骤2
MapleSim执行符号优化,使用这些紧凑的方程内部结构来生成高效的代码——识别公共表达式和子表达式,并确保它们只计算一次。

这样就得到了高计算效率的模型和更快的代码速度。这对于硬件在环(HIL)应用程序尤其重要,因为它允许工程师在保持实时性能的同时开发更加真实的复杂模型。

从自动生成的系统方程到复杂系统的实时产品测试,MapleSim中强大的符号建模引擎提供了许多其他仿真工具无法比拟的优势。

MapleSim的优化功能

下面的图表,是来自汽车行业案例的数据,显示在MapleSim的简化和符号优化步骤之后,计算效率得到显著提高。

MapleSim's optimization in action

例如,设计工程师使用MapleSim开发了一款带有充气轮胎的新型雪佛兰运动型多功能车的全车多体模型(22个自由度和26个状态空间变量),并将模型导出到dSpace仿真模拟器(第三方工具)。即使是性能适中的模拟器(1 GHz)也能实现63 μs的模型更新速率。这比目前最流行的工具至少快16倍。



为神经网络训练提供测试数据

最新智能产品和机器都是为了在运行时利用大量传感器数据而设计的。当训练人工智能时,产品需要经历在大量的不同场景测试,这些场景测试需要花费巨额的时间成本来管理。

MapleSim模型可以通过生成高效的数据子集来作为产品测试期间的输入,从而加快神经网络的测试和训练。

  • 在不同的机器配置下快速生成测试场景的训练数据。
  • 为难以收集真实世界数据的“假设”场景生成测试数据。
  • 在虚拟环境中生成数据,测试系统在极端条件下的运行工况,避免伤害硬件或操作人员。
  • 在仿真中添加多个工程领域,以捕获训练数据中的更多的动力学信息。

使用MapleSim生成的测试数据正在许多不同的行业中使用。例如:

  • 车辆舒适性 - 使用MapleSim轮胎库和MapleSim传动库,在定制地形场景中模拟悬架工作状态。
  • 混合动力汽车和电动汽车电池状态 - 使用MapleSim电池库将基于物理的电池预测模型纳入系统级模型。

工业案例

爱信精机 – 使用硬件在环测试传动系统

在爱信,硬件在环仿真(HIL)被广泛用于加快自动变速器的研发。HIL仿真的被控对象模型需要足够高的真实度,以准确地还原系统动力学方面的物理规律。同时,这些模型需要较低的计算成本才能实现实时运行。在对现有软件进行正式评估后,爱信精机选择了MapleSim建模和仿真软件以及传动系统元件库,为他们的HIL仿真创建实时的变速箱模型。

MapleSim传动库提供了一套专门的元件,旨在帮助传动系统制造商以及其他汽车开发人员方便地创建控制和仿真的变速箱模型。该模型包括离合器、制动器和各种齿轮组。得益于符号计算的强大功能,MapleSim生成了非常快的代码,这对于具有大量交互的实时仿真系统至关重要。

MapleSim生成的已优化的变速箱模型c代码使爱信能够执行更详细的HIL仿真。在一个示例案例研究中,显示由MapleSim生成的代码运行速度是类似工具生成的两倍。除了利用MapleSim的内置元件库之外,自定义元件也很容易开发。MapleSim允许团队在短时间内创建高还原度的模型,并在项目中发挥了关键作用。

AISIN AW – Hardware-in-the-loop applications for transmission testing
Creating High Fidelity Physical Models of Hybrid and Electric Vehicle Batteries
NSERC/丰田 - 创建混合动力和电动汽车电池的高保真物理模型

混合动力或全电动汽车最重要的部件之一是电池。有一个良好的电池虚拟模型是必要的,以便于将电池行为,及电池与所有其他零件的物理相互作用都正确地反映在模型中。

NSERC/丰田公司的这项研究(在Maplesoft的支持下)需要一个详细的车辆模型,包括电池,以应对不同地形和控制器下的电机工作状态变化。他们选择了MapleSim,因为与传统建模工具相比,MapleSim中的符号方法允许他们创建保真度非常高的仿真模型,该模型具有极高的实时交互速度,方便用于硬件在环(HIL)测试。

同时爱信还利用MapleSim开发了混合动力汽车(HEV)的多领域模型,包括一组自动生成的优化控制方程。混合动力汽车模型由一个均值发动机(ICE)、一个NiMH电化学电池组驱动的直流电机和一个多体汽车模型组成。通过仿真验证了混合动力汽车动力系统的性能。

仿真结果表明,该模型是可靠且高效的。由于MapleSim的无损符号简化技术,控制方程的数量显著减少,从而生成了一个计算效率高的控制系统。该混合动力汽车模型可用于不同驾驶场景下车辆操纵性能的设计、控制和预测。该模型还可以用于敏感性分析、模型简化和实时应用,如HIL模拟。

“使用MapleSim,这些模型的开发时间大大缩短,系统模型十分接近实际的物理原型” NSERC/丰田/Maplesoft 产业研究联盟主席John McPhee博士说。

服务和解决方案


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Maplesoft工程服务团队可以为您提供专业知识和技术,以快速满足您的项目需求。专业服务包括产品设计验证和优化、模型/软件/硬件在环仿真所需的代码开发、分析和设计计算工具、定制化培训等。


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