Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

HUMUSOFT s.r.o. 1 Karel Bittner Informace o programech MATLAB a COMSOL Multiphysics.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "HUMUSOFT s.r.o. 1 Karel Bittner Informace o programech MATLAB a COMSOL Multiphysics."— Transkript prezentace:

1 HUMUSOFT s.r.o. 1 Karel Bittner Informace o programech MATLAB a COMSOL Multiphysics

2 HUMUSOFT s.r.o. 2 Založeno v r. 1990, sídlo v Praze Produkty a služby v oblasti technických výpočtů, řídicí techniky, simulace dynamických systémů a podnikových procesů MATLAB, Simulink, Stateflow –Inženýrské výpočty, simulace dynamických systémů –The MathWorks, Inc. WITNESS –Interaktivní simulace a optimalizace podnikových procesů –Lanner Group, Ltd. dSPACE - vývojové systémy –dSPACE GmbH. Comsol Multiphysics –Otevřený systém pro multifyzikální analýzu (metoda konečných prvků) –Comsol AB Vývoj vlastního software & hardware –Virtual Reality Toolbox, Real Time Toolbox, Real-Time Windows Target –Měřicí karty –Modely pro výuku teorie řízení Paralelní pracovní stanice HeavyHorse –Multiprocesorové stanice pro High-Performance Computing HUMUSOFT s.r.o.

3 3 O společnosti The MathWorks Společnost The MathWorks založena v roce 1984 Vývoj programu MATLAB –Od numerických výpočtů po komplexní výpočetní a vývojové prostředí Rapid prototyping a HIL Návrhy DSP Stavové diagramy Fyzikální modelování Systémy diskrétních událostí Kontrola integrity modelů Testování a měření Verifikace kódu Vestavěné programové vybavení VHDL a Verilog  MATLAB  Simulink Návrhy řídicích systémů Zpracování signálu Zpracování obrazu Finanční modelování a analýzy Výpočetní biologie Tvorba aplikací Distribuované a paralelní výpočty Studentská verze Optimalizace Statistika Technické výpočty Datové analýzy a vývoj algoritmů Modelování systémů a simulace Automatické generování kódu Testování, Verifikace, Validace Komunikace s databázemi a instrumenty Software pro signálové procesory Komunikační systémy Zpracování videa

4 HUMUSOFT s.r.o. 4 O společnosti The MathWorks n Obrat v roce 2007: asi 450 mil. USD n Soukromě vlastněna n Více než 1,800 zaměstnanců po celém světě n Více než 1,000,000 uživatelů ve 175 zemích

5 HUMUSOFT s.r.o. 5 Struktura systému MATLAB MATLAB Výpočty, programování, vizualizace... Toolboxy (knihovny funkcí) Tvorba samostatných aplikací Simulink Simulace a modelování dynamických systémů Blocksety (knihovny bloků) Aplikace v reálném čase

6 HUMUSOFT s.r.o. 6 Přehled produktů firmy MathWorks Simulink Product FamilyApplication-Specific Products MATLAB Product Family

7 HUMUSOFT s.r.o. 7 Aplikační oblasti systému MATLAB Aplikovaná matematika – technické výpočty –vývoj, výzkum –automobilový průmysl –elektrotechnika –výrobní zařízení –telekomunikace Nadstavby vhodné pro –analýzu dat –tvorba matematických algoritmů –vývoj algoritmů –modelování, vizualizace –distribuované a paralelní výpočty

8 HUMUSOFT s.r.o. 8 Aplikační oblasti systému MATLAB Automatické řízení a regulace – SW –letectví –automobilový průmysl –průmyslová výroba a výrobní zařízení Nadstavby vhodné pro: –modelování a simulace soustav –testování algoritmů v systémech řízení –embedded software –automatické generování kódu

9 HUMUSOFT s.r.o. 9 Aplikační oblasti systému MATLAB Další oblasti využití Zpracování obrazu Zpracování signálu a komunikace Modelování fyzikálních soustav Měření a testování

10 HUMUSOFT s.r.o. 10 Tok informací a dat v MATLABu výstupyvstupyřešení

11 HUMUSOFT s.r.o. 11 Co je MATLAB Integrované prostředí pro vědeckotechnické výpočty Grafické a výpočetní nástroje Intuitivní uživatelské rozhraní MATLAB Desktop Rychlé výpočetní jádro Programovací jazyk 4. Generace –více než funkcí –objektově orientované programování Grafická uživatelská rozhraní (GUI) Rozsáhlá HTML nápověda –prohlížeč funkcí Systém MATLAB je: –modulární – toolboxy –otevřený – uživatel může zobrazit i upravovat funkce

12 HUMUSOFT s.r.o. 12 Parallel Computing Toolbox Návrh, tvorba a zpracování paralelních výpočtů a algoritmů Struktura –klient sekce MATLABu pro zadání úloh a spouštění celého procesu –lokální plánovač (scheduler) rozděluje úlohy do „workerů“, komunikuje s nimi a sbírá výsledky –worker jednotka pro výpočet jednotlivých úloh PCT umožňuje spustit až 8 lokálních „workerů“ v rámci jednoho PC

13 HUMUSOFT s.r.o. 13 Parallel Computing Toolbox Interaktivní paralelní mód –umožňuje pracovat s paralelními výpočty interaktivně Jazyk pro paralelní výpočty –příkazy pro paralelní programování parfor (paralelní cyklus) spmd (simple program multiple data) –distribuovaná data codistributed (zpřístupňuje distrib. data pro workery) codistributor (vytváří objekty pro sdílená data) S Parallel Computing Toolboxem lze –programovat paralelní algoritmy –provádět výpočet paralelních algoritmů na multiprocesorové stanici –testovat nastavení paralelního algoritmu před spuštěním na výpočetním clusteru

14 HUMUSOFT s.r.o. 14 MATLAB Distributed Computing Server Rozšiřuje Parallel Computing Toolbox Je možné zpracovávat rozsáhlé výpočetní úlohy v rámci výpočetního clusteru –konfigurace pro 8, 16, 32, 64, 96 a 128 workerů Lze využít vlastní nebo externí plánovač (Scheduler, Job Manager)

15 HUMUSOFT s.r.o. 15 MATLAB Compiler Vytváří stand-alone aplikace a sdílené knihovny z programů v MATLABu Lze použít většinu výpočetních a grafických funkcí MATLABu včetně vlastního GUI Aplikaci je možné distribuovat –ke spuštění aplikace není nutná instalace MATLABu uživatel bez MATLABu musí mít nainstalován MATLAB Compiler Runtime (MCR) –k využívání aplikace není potřeba licence MATLABu – pokrývá licence MATLAB Compileru v rámci komerční licence lze aplikaci zcela libovolně šířit v rámci školní licence lze aplikaci šířit pouze bezplatně a musí být zajištěno její nekomerční (školní) využití

16 HUMUSOFT s.r.o. 16 Co je Simulink Nadstavba MATLABu Modelování, simulace a analýza dynamických systémů Prostředí blokových schémat –předdefinované knihovny bloků –systém práce „drag and drop“ –tvorba vlastních funkčních bloků Prvky pro tvorbu algebraických a diferenciálních rovnic Otevřené rozhraní pro tvorbu aplikací –začlenění kódu z programů MATLAB, C, Fortran Platforma pro Model Based Design –následně může být automaticky generován kód pro cílovou platformu

17 HUMUSOFT s.r.o. 17 Stateflow Modelování událostmi řízených systémů –Teorie konečných automatů –Stavový popis a vývojové diagramy –Začlenění událostmi řízené logiky –Intuitivní grafické uživatelské rozhraní –Plná integrace do modelů Simulinku Stateflow Coder –Automatické generování kódu v jazyce C

18 HUMUSOFT s.r.o. 18 Simulink 3D Animation Zahrnutí virtuální reality do prostředí MATLABu a Simulinku –zobrazení „živé“ virtuální scény během simulace –možnost vykreslení virtuální scény v okně Figure společně s grafy či ovládacími prvky Modely jsou ve VRML –určení parametrů které se zadávají z MATLABu či Simulinku Součástí VR Toolboxu je VRML editor Model ve VRML lze exportovat z CAD systémů

19 HUMUSOFT s.r.o. 19 Vehicle Network Toolbox Komunikace s automobilovou komunikační sítí prostřednictvím protokolu CAN Umožňuje přijímat a odesílat pakety komunikační sběrnice CAN –z MATLABu –ze Simulinku CAN zprávy lze –kódovat –dekódovat –filtrovat Umožnuje vizualizaci toku informací ve sběrníci

20 HUMUSOFT s.r.o. 20 Fyzikální modelování Modelování soustav skládáním bloků, které reprezentují prvky reálného světa Propojení bloků signály s obousměrnou interakcí reprezentujícími tok energie Propojení se Simulinkem přes bloky senzorů a akčních prvků MATLAB, Simulink SimPowerSystems Simscape SimMechanics SimDriveline SimHydraulics SimElectronics Simscapemodelování základních mechanických, elektrických a hydraulických soustav SimHydraulicsmodelování hydraulických soustav SimMechanicsmodelování trojrozměrných mechanických soustav SimDrivelinemodelování převodových soustav automobilů SimElectronicsmodelování elektronických obvodů SimPowerSystemsmodelování energetických soustav, pohonů a výkonové elektroniky

21 HUMUSOFT s.r.o. 21 Testy a Verifikace Tradiční testování -Chyby odhaleny pozdě vzhledem ke struktuře vývojového procesu Testy a Verifikace Hardware-in-the-Loop Processor-in-the-Loop Vývojový cyklus Návrh Fyzické prototypy -Drahé, nekompletní -Časově náročné Požadavky a specifikace Textová forma -Nedovoluje pružné ladění a aktualizace Implementace „Ruční“ programování -Náchylné na chyby -Neefektivní Modely chování systému Modely chování systému Modely prostředí Spustitelný model -Jednoznačné -Pouze “jedna pravda” Požadavky a specifikace Modely fyzických komponent Modely fyzických komponent Modely prostředí Algoritmy Simulace -Snižuje potřebu fyzických prototypů -Umožňuje systematickou “what–if” analýzu Návrh Algoritmy C, C++ MCU DSP FPGA ASIC VHDL, Verilog Implementace Automatické generování kódu -Redukce času a úsilí -Minimalizace chyb při programování - Tradiční- Model Based Design

22 HUMUSOFT s.r.o. 22 Nástroje pro verifikaci a testování Verifikace a validace modelů v Simulinku –Simulink Verification and Validation sledování požadavků (RMI) –MS  Word, MS  Excel –DOORS analýza pokrytí modelu testy testování dodržování modelovacích standardů – DO-178B, IEC 61508, MAAB –Simulink Design Verifier automatické generování testů prověřování vlastností modelů v Simulinku Detekce možného výskytu run-time chyb zdrojového kódu analytickými metodami –PolySpace pro jazyky C/C++ a Ada pro generovaný i ručně psaný kód

23 HUMUSOFT s.r.o. 23 COMSOL Multiphysics Řešení parciálních diferenciálních rovnic (PDE) –metodou konečných prvků –řešení ve 2D a 3D Rozsáhlý modulární systém –AC/DC Module –RF Module –Heat Transfer Module –Acoustics Module –Structural Mechanics Module –MEMS Module –Chemical Engineering Module –Earth Science Module –COMSOL Reaction Engineering Lab® –Optimization Lab

24 HUMUSOFT s.r.o. 24 Charakteristika programu Řešení fyzikálních úloh popsatelných PDE, převod úlohy na FEM analýzu Předdefinované aplikace (přenos tepla, dyn. tekutin, elektromagnetismus, atd.) Jednoduché a intuitivní ovládání, uživatelsky příjemné grafické rozhraní Otevřený systém, definice vlastních PDE Kombinace několika aplikací do jedné úlohy – multifyzikální aplikace Propojení s MATLABem a jeho využití jako programovacího prostředí, kombinace funkcí MATLABu a COMSOL Multiphysics Komunikace s externími CAD systémy

25 HUMUSOFT s.r.o. 25 Struktura systému COMSOL Multiphysics Optimization Lab Chemical Engineering Module Structural Mechanics Module RF Module AC/DC Module Acoustics Module MEMS Module Earth Science Heat Transfer Module CAD Import Module Reaction Engineering Lab Material Library COMSOL Multiphysics MATLAB CATIA V4, V5 Pro/E Autodesk Inventor VDA-FSSolidWorks Pro moduly AC/DC, RF a MEMS: RF a MEMS: GDS, ODB a NETEX-G

26 HUMUSOFT s.r.o. 26 Struktura systému COMSOL Multiphysics

27 HUMUSOFT s.r.o. 27 Provázanost jednotlivých aplikačních režimů Lze řešit postupně nebo současně, podle typu úlohy a závislostí jednotlivých proměnných Co je to Multifyzika ?

28 HUMUSOFT s.r.o. 28 Pracovní postup –volba jednoho nebo více aplikačních režimů (PDE), multifyzika –vytvoření geometrického modelu –zadání fyzikálních veličin (subdomény, okrajové podmínky) –generování FEM sítě –řešní úlohy –postprocesor (následné zpracování) –komunikace s MATLABem

29 HUMUSOFT s.r.o. 29 Příklady Interakce tekutiny s konstrukcí (FSI) –proudění tekutiny (vody) kanálem s ohebnou překážkou –materiál překážky ρ = 7850 kg/m 3 a E = 8 MPa –rozměry kanálu a překážky jsou v μm –maximální vstupní rychlost vody je 1,5 m/s ve tvaru paraboloidu –stacionární řešení úlohy Výsledky simulace –deformace překážky –rychlostní pole při proudění kanálem Definice modelu v COMSOLMultiphysics –předdefinovaná multifyzikální aplikace –Solid, Stress-Strain (u, v, w, p) –Moving Mesh (ALE) (x, y, z) –Incompressible Navier-Stokes (u2, v2, w2, p2)

30 HUMUSOFT s.r.o. 30 Příklady Zatížení háčku na úložné skříňce automobilu –Nelineární analýza (díky interakci mezi háčkem a zarážkou, elasto-plastická oblast pro háček, nelinearity v geometrii díky velkým deformacím) –Znalost síly pro posuv háčku: F = 2*sqrt(Fx^2+Fy^2+Fz^2) –Posuv ve směru osy x: -Displ_max*((para 1)*(2-para)) –Parametrický řešič v rozsahu parametru: 0 0.2:0.1:2 –Manual Scaling počítaných proměnných a parametrů (velké rozdíly v hodnotách)

31 HUMUSOFT s.r.o. 31 Příklady Žárovka –model žárovky (60W) naplněné inertním plynem –wolframové vlákno kruhového průřezu –při teplotě 2000K (1727°C) vyzařuje světlo 2 sec6 sec10 sec Rychlost proudění Ag Teplota inertního plynu Ag 2 sec6 sec10 sec Zahřívání žárovky –po zapnutí lze analyzovat zahřívání žárovky ve dvou úsecích –krátkodobý úsek v intervalu 2, 6 a 10 sec. –při zahřívání se mění teplota a tlak plynu, změny vyvolávají proudění plynu –rychlost proudění plynu je kolem 0,24m/s –dlouhodobý úsek je interval 5 minut Nárůst teploty za 300s v bodě A A K T = 580K Vyzářené teplo v t = 300s na B B

32 HUMUSOFT s.r.o. 32 Příklady Žárovka – pokračování –2D symetrický model v COMSOL Multiphysics –aplikační režim Weakly compressible Navier-Stokes (simulace proudění s proměnnou hustotou) –aplikační režim General Heat Transfer zadání vlastností materiálu (oblasti) –kovové oblasti: E, ρ –materiá ve viskoelastických oblastech: K, ρ, G i, t i –Zdroj tepla ve wolframovém vlákně odpovídá 60 W zadání okrajových podmínek: –přestup tepla na vnitřních hranicích modelu je definován jako sálání z povrchu na povrch –vnější hranice je nastavena jako sálání z povrchu do okolí –hranice v místě patice žárovky je definována jako izolant

33 HUMUSOFT s.r.o. 33 COMSOL Multiphysics Požadavky na HW –Windows 2000, Windows XP, Windows XP Professional x64 Edition, Windows Vista (32 a 64 bit), Windows 2003 Server x64 Edition with Service Pack 2, Windows 2003 Compute Cluster Server, Windows HPC Server 2008 –Pentium III nebo novější (AMD Opteron, AMD Athlon 64, Pentium 4 s EM64T, nebo Xeon s EM64T) –OpenGL 1.1 Microsoft nebo akcelerátor podporující OpenGL 1.1, nebo Direct X verze 8.0 nebo pozdější. Grafická karta min. 32 MB paměti. – Pro práci s MATLABem verze 7.0, 7.0.1, 7.0.4, 7.1, 2006a/b, 2007a/b –minimální doporučená RAM 1 GB Unix –Solaris 8,9,10 (UltraSPARC II nebo pozdější) –Linux (AMD Opteron, AMD Athlon 64, EM64T, Itanium 2) –32-bit: Debian 3.0, 3.1, RedHat Enterprise 4/5, Fedora Core 8, SUSE 10.3 –64-bit: SUSE 9.0, , RedHat Enterprise 4/5 (AMD64/Intel EM64T), Fedora Core 8 –MAC, PowerPC G4 nebo PowerPC G5, Intel procesor

34 HUMUSOFT s.r.o. 34 Propojení CM a MATLABu –fem struktura –M-soubor –komunikace přes Export, Import 34 Spolupráce s MATLABem fem = version: [1x1 struct] appl: {[1x1 struct]} geom: [1x1 solid2] mesh: [1x1 femmesh] frame: {'ref'} shape: {'shlag(2,'c')'} border: 1 outform: 'general' form: 'general' units: [1x1 struct] equ: [1x1 struct] bnd: [1x1 struct] pnt: [1x1 struct] expr: {'c1' 'c0*exp(a*(-(x/4e-4[m])^2))'} descr: [1x1 struct] elemcpl: {[1x1 struct]} draw: [1x1 struct] const: {'c0' '3[mol/m^3]' 'a' '1000' 'k_f' '5[m/s]' 'D1' '1e-5[m^2/s]'} ode: [1x1 struct] xmesh: [1x1 com.femlab.xmesh.Xmesh] sol: [1x1 femsol] % COMSOL Multiphysics Model M-file % Generated by COMSOL 3.5a (COMSOL , $Date: 2008/11/18 16:53:37 $) flclear fem % COMSOL version clear vrsn vrsn.name = 'COMSOL 3.5'; vrsn.ext = 'a'; vrsn.major = 0; vrsn.build = 585; vrsn.rcs = '$Name: v35p $'; vrsn.date = '$Date: 2008/11/18 16:53:37 $'; fem.version = vrsn; % Constants fem.const = {'K','1e-11[m^3/(A*s)]'}; % Geometry g1=rect2(2.8,0.4,'base','corner','pos',[-1.4,0]); g2=circ2('0.3','base','center','pos',{'0','0.6'},'rot','0') ; g3=geomcomp({g1,g2},'ns',{'g1','g2'},'sf','g1- g2','edge','none'); g3=scale(g3,1e-3,1e-3,0,0); % Analyzed geometry clear s s.objs={g3}; s.name={'CO1'}; s.tags={'g3'};

35 HUMUSOFT s.r.o. 35 Spolupráce s MATLABem COMSOL Multiphysics a Simulink –fem struktura jako přenosová funkce

36 HUMUSOFT s.r.o. 36 Rastrové soubory v Comsol Multiphysics MRI – magnetická rezonance load mri i=[ ]; figure for k=1:6 subplot(2,3,k) image(D(:,:,1,i(k))) title(sprintf('Image %d',k)); axis off end colormap(map) % th=[ ]; kf=[ ]; % clear c for k=1:6 [c{k},r]= flim2curve(D(:,:,1,i(k)),{th(k),[]},'KeepFrac', kf(k)); end %

37 HUMUSOFT s.r.o. 37 for k=1:6 c{k}=solid2(c{k}); end % s1=c{1} e1={ }; dvr={repmat(12.5,1,5),repmat(0,2,6),repmat(0,1,6)}; lg=loft(c,'loftedge',e1,'loftsecpos',dvr,'loftweights',repmat(0.1,2,5)); figure geomplot(lg) Rastrové soubory v Comsol Multiphysics

38 HUMUSOFT s.r.o. 38 Využití funkce flim2curve k detekování kontur v rastrovém obrázku – prostředí MATLABu Rastrové soubory v Comsol Multiphysics clear all p=(peaks+7)*5;figure image(p) g = flim2curve(p,{[],[5:5:75]}); c=geomcsg({rect2(5,45,0,50)},{g}); s=solid2(c) vizualizace pomocí funkce geomplot figure geomplot(s,'pointmode','off','sublabels','on');

39 HUMUSOFT s.r.o. 39 Humusoft HeavyHorse Procesory AMD Opteron –dva nebo čtyři dvoujádrové –dva nebo čtyři čtyřjádrové –frekvence CPU 2.3 až 3 GHz 8-64 GB RAM Grafická karta ATI Radeon HD 4870 Pevný disk 500 GB Optická mechanika DVD±RW Operační systém podle přání –OpenSuSE Linux 64-bit –Microsoft Windows XP 64-bit –Microsoft Windows Vista 64-bit Možnost předinstalace aplikací –MATLAB Parallel Computing Toolbox

40 HUMUSOFT s.r.o. 40 HUMUSOFT MF 624 a AD 622 Aplikace –společné Měření stejnosměrných napětí Připojení převodníků a snímačů Měření vibrací a přechodových jevů Řízení a monitorování procesů Snímání a analýza průběhu Vícekanálový sběr dat Simulace v reálném čase +MF 624 lze navíc využít pro Měření polohy Servosystémy Pulzně-šířková modulace Měření frekvence Měření času Generování pulzů/frekvence Čítání pulsů

41 HUMUSOFT s.r.o. 41 HUMUSOFT MF 624 a AD 622 AD 622 –levná měřicí karta pro PC Osm single-ended 14-bitových analogových vstupů Osm 14-bitových analogových výstupů 8 digitálních vstupů, 8 digitálních výstupů MF 624 –multifunkční vstupně-výstupní karta Osm single-ended 14-bitových analogových vstupů Osm 14-bitových analogových výstupů 8 digitálních vstupů, 8 digitálních výstupů 4 vstupy inkrementálních snímačů (diferenciální) 4 čítače/časovače Společné vlastnosti –Nízká spotřeba –Krátká doba A/D převodu –Ovladače pro Real Time Toolbox, Real-Time Windows Target Windows, 32 i 64-bitové aplikace

42 HUMUSOFT s.r.o. 42 Zdroje informací Webové semináře (webinars) –on-line semináře zdarma probíhající na internetu v reálném čase v daný den a hodinu –v angličtině (COMSOL) –přehled připravovaných a archiv uskutečněných webových seminářů Školení –Firma HUMUSOFT provádí jednodenní školení na COMSOL Multiphysics –zhruba 1x za dva měsíce, termíny jsou vyhlašovány 3 týdny předem Zkušební verze Plnohodnotná verze COMSOL MultiphysicsPlnohodnotná verze COMSOL Multiphysics Časově omezena maximálně na 30 dníČasově omezena maximálně na 30 dní V případě zájmu nás kontaktujteV případě zájmu nás kontaktujte

43 HUMUSOFT s.r.o. 43 Zdroje informací Internetové stránky –www.humusoft.czwww.humusoft.cz domovská stránka firmy Humusoft s.r.o. –www.mathworks.comwww.mathworks.com domovská stránka firmy The MathWorks, Inc. MATLAB central –prostor pro vzájemnou komunikaci mezi uživateli a příznivci systému MATLAB/Simulink (otevřená platforma pro prezentaci vlastních aplikací, výměnu souborů, názorů i zkušeností)

44 HUMUSOFT s.r.o. 44 Zdroje informací Webové semináře (webinars) –on-line semináře zdarma probíhající na internetu v reálném čase v daný den a hodinu –videa webových seminářů, které již proběhly, jsou ke stažení –v angličtině (The MathWorks), češtině, slovenštině –přehled připravovaných a archiv uskutečněných webových seminářů Školení –Firma HUMUSOFT provádí školení na MATLAB, Simulink, Stateflow, Real Time Workshop, fyzikální modelování –zhruba 1x za dva měsíce, termíny jsou vyhlašovány 3 týdny předem

45 HUMUSOFT s.r.o. 45 Děkuji za pozornost


Stáhnout ppt "HUMUSOFT s.r.o. 1 Karel Bittner Informace o programech MATLAB a COMSOL Multiphysics."

Podobné prezentace


Reklamy Google