Medii informatice utilizate pentru proiectare 0. Aspecte generale Facultatea de Inginerie Electrica, Medii informatice, 2009-2010, anul IV IA Prof.dr.ing.Florin Ciuprina

Cuprins Utilizarea calculatorului in ingineria electrica Aspecte generale Cuprins Utilizarea calculatorului in ingineria electrica Tipuri de probleme Necesitatea utilizarii mediilor informatice Tipuri de medii informatice Chestionar Exemple de medii informatice Aspecte organizatorice: structura disciplinei, mod de notare

Utilizarea calculatorului in ingineria electrica Aspecte generale Utilizarea calculatorului in ingineria electrica Cercetare (CAE – computer aided engineering) Proiectare (CAD – computer aided design) Analiza datelor experimentale (DSP – digital signal processing) Productie (CAM – computer aided manufacturing)

Utilizarea calculatorului in ingineria electrica Aspecte generale Utilizarea calculatorului in ingineria electrica Cercetare (CAE – computer aided engineering) Proiectare (CAD – computer aided design) Analiza datelor experimentale (DSP – digital signal processing) Productie (CAM – computer aided manufacturing)

Utilizarea calculatorului in ingineria electrica Aspecte generale Utilizarea calculatorului in ingineria electrica Cercetare (CAE – computer aided engineering) Proiectare (CAD – computer aided design) CAD/CAE

Utilizarea calculatorului in ingineria electrica Aspecte generale Utilizarea calculatorului in ingineria electrica http://en.wikipedia.org/wiki/Computer-aided_engineering

Tipuri de probleme Circuite electrice Camp electromagnetic Aspecte generale Tipuri de probleme Circuite electrice Circuite rezistive de curent continuu Circuite de curent alternativ Circuite in regim tranzitoriu Camp electromagnetic Regimuri statice (electrostatic, magnetostatic) Regimuri stationare (electrocinetic stationar, magnetic stationar) Regimuri cuasistationare (electric, magnetic) Regim general variabil (unde electromagnetice) Probleme cuplate Camp electromagnetic + circuite Camp electromagnetic + camp termic Etc, etc, etc “frecvente joase” “frecvente inalte”

Aspecte generale Tipuri de probleme Regimul general variabil (FW – full wave) sau “regimul frecventelor inalte” (HF-EM - High Frequency Electromagnetics) Este cazul cel mai general Generarea si propagarea undelor in spatiu, precum si interactiunea undelor cu mediile dielectrice sau metalice nu mai poate fi neglijata. Din punct de vedere al modelului fizic, nu se face nici o ipoteza simplificatoare in relatiile generale ale campului electromagnetic Din punct de vedere matematic, ecuatiile de rezolvat sunt ecuatii hiperbolice. Terminologia HF este uzuala, dar confuza, trebuie evitata. Modelarea/simularea in acest regim este necesara atunci cand lungimea de unda este comparabila sau mai mica decat dimensiunile geometrice ale dispozitivului de proiectat/simulat (in general, pentru frecvente mai mari de 500 KHz). Exemple: proiectarea antenelor, a circuitelor integrate de microunde, etc Care este lungimea de unda corespunzatoare frecventei de 50 Hz?

Aspecte generale Tipuri de probleme Regimul “frecventelor joase” (LF- EM – low frequency electromagnetics) Frecventa este 0 Hz sau are o valoare astfel incat lungimea de unda este mult mai mare decat dimensiunile geometrice ale dispozitivului de analizat/proiectat astfel incat fenomenele de propagare pot fi neglijate. Nu exista o delimitare precisa intre LF si HF. De exemplu, printr-un conductor solid curentul se distribuie uniform in curent continuu, sau la frecvente joase, dar pe masura ce frecventa creste, curentul trece doar pe la suprafata conductorului (efect pelicular – skin effect), iar la frecvente mari, numai o mica parte din energie este transmisa prin conductor, restul se transmite prin spatiul inconjurator, conductorul devenind ceea ce se numeste un ghid de unda.

Aspecte generale Tipuri de probleme Regimul “frecventelor joase” (LF- EM – low frequency electromagnetics) Terminologia LF EM nu este riguroasa, mai riguros este sa se specific regimul campului electromagnetic dupa cum urmeaza: Regimuri cvasistationare – regimuri variabile in timp, dar in care variatiile sunt suficient de lente astfel incat fenomenele de propagare sa poata fi neglijate (ex: motoare electrice, contactoare, MEMS) Regimuri stationare – regimuri in care nu exista variatie in timp a marimilor care intervin, dar in care pot exista transformari de energie (ex: conductoare parcurse de curent continuu) Regimuri statice – regimuri stationare in care nu exista transformari de energie (ex: campul electric produs de corpuri electrizate imobile, campul magnetic produs de magneti permanent)

Necesitatea utilizarii mediilor informatice Aspecte generale Necesitatea utilizarii mediilor informatice Cu Fara Desenarea cu ajutorul calculatorului Desenarea la planseta Modele numerice, simulare, optimizare numerica Calcule analitice aproximative, formule empirice, optimizare manuala Necesitatea realizarii de prototipuri intermediare -> 0 Numeroase prototipuri intermediare Realizare prototip final timp si costuri mici timp si costuri mult mai mari

Tipuri de medii informatice pentru proiectare in ingineria electrica Aspecte generale Tipuri de medii informatice pentru proiectare in ingineria electrica camp electromagnetic circuite electrice probleme cuplate (multiphysics) limbaje de nivel inalt pentru calcul tehnic si programare

Aspecte generale Chestionar Ce medii informatice pentru ingineria electrica cunoasteti ? Care este nivelul de cunoastere al acestor medii?

Exemple de medii informatice Aspecte generale Exemple de medii informatice Medii informatice pentru analiza campului electromagnetic: www.cedrat.com cu licenta

Exemple de medii informatice Aspecte generale Exemple de medii informatice Medii informatice pentru analiza campului electromagnetic: www.cst.com cu licenta

Exemple de medii informatice Aspecte generale Exemple de medii informatice Medii informatice pentru analiza campului electromagnetic: www.infolytica.com cu licenta

Exemple de medii informatice Aspecte generale Exemple de medii informatice Medii informatice pentru analiza campului electromagnetic: www.vectorfields.com cu licenta

Exemple de medii informatice Aspecte generale Exemple de medii informatice Medii informatice pentru analiza campului electromagnetic: www.fieldp.com

Exemple de medii informatice Aspecte generale Exemple de medii informatice Medii informatice pentru analiza circuitelor electrice: *SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) http://bwrc.eecs.berkeley.edu/Classes/IcBook/SPICE

Exemple de medii informatice Aspecte generale Exemple de medii informatice Medii informatice pentru analiza circuitelor electrice: NGSPICE http://ngspice.sourceforge.net free

Exemple de medii informatice Aspecte generale Exemple de medii informatice Medii informatice pentru analiza circuitelor electrice: LTSPICE http://www.linear.com/designtools/software/ltspice.jsp

Exemple de medii informatice Aspecte generale Exemple de medii informatice Medii informatice ce permit si simularea de probleme cuplate: COMSOL http://www.comsol.com/ cu licenta

Exemple de medii informatice Aspecte generale Exemple de medii informatice Medii informatice ce permit si simularea de probleme cuplate: ANSYS http://www.ansys.com/ cu licenta

Exemple de medii informatice Aspecte generale Exemple de medii informatice Medii de calcul – Matlab @ Simulink www.mathworks.com cu licenta

Exemple de medii informatice Aspecte generale Exemple de medii informatice Medii de calcul – Scilab http://www.scilab.org/ free

Exemple de medii informatice Aspecte generale Exemple de medii informatice free Medii de calcul – Octave http://www.gnu.org/software/octave/

Exemple de medii informatice Aspecte generale Exemple de medii informatice Medii de calcul – Mathematica http://www.wolfram.com/

Aspecte organizatorice Aspecte generale Structura disciplinei Etapele modelarii dispozitivelor electromagnetice in vederea proiectarii Modelarea fizica Modelarea matematica Modelarea numerica Introducere in COMSOL Prezentare generala Etapele modelarii in COMSOL Tutorial – Incalzirea unui conductor parcurs de curent Performantele COMSOL in analiza campului electromagnetic Regimul electrostatic Regimul electrocinetic Regimul magnetostatic Regimuri cuasistationare Regimul general variabil Curs – prezentare regim + demo Aplicatii – rezolvarea individuala a unei probleme Integrarea COMSOL cu alte medii informatice Prezentarea performantelor altor medii informatice Proiect individual Referinte Prezentari curs Documentatie COMSOL

Aspecte organizatorice Aspecte generale Aspecte organizatorice Mod de notare Aplicatii (proiect): 80 p Nota la fiecare sedinta de proiect – media = 40 puncte Proiect individual = 40 puncte Colocviu: 20 puncte Conditia de promovare: punctaj ≥ 50 p.