BMBF Verbund PASIROM (05M2018)Parallele Simulation und robuste Optimierung von elektromechanischen Energiewandlern mit Unsicherheiten

PASIROM

PASIROM ist ein Verbundprojekt, gefördert durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Programm zur Förderung von Forschung auf dem Gebiet Mathematik für Innovationen. Es baut auf den Ergebnissen des Verbunds SIMUROM auf (Förderzeitraum 2013-2016).

Ergebnis der Simulation des magnetischen Feldes in einer permanentmagneterregten Maschine

Ergebnis der parallelen Simulation einer Asynchronmaschine mit getDP, Bild basiert auf Material von DOI 10.1109/TMAG.2017.2763090.

Der Forschungsverbund untersucht Fragen, die sich an den Bedarfsfeldern der Hightech-Strategie 2020 der Bundesregierung orientieren: Mobilität, Klima und Energie. Effizientes Design von elektrischen oder elektromechanischen Energiewandlern, wie zum Beispiel Motoren, Generatoren und Wirbelstrombremsen, muss viele Komponenten berücksichtigen. Bei Berechnungen müssen Systeme mit Millionen von Unbekannten gelöst werden. Multiphysikalische Effekte wie Wirbelströme, Anregungen elektrischer Netzwerke, Rotorbewegungen oder Wärmeentwicklung müssen die Entwickler ebenfalls einbeziehen, so dass hoch aufgelöste Simulationen von komplizierten Geräten derzeit oft eine Woche oder länger dauern. Und trotz möglichst hoher Genauigkeit sind Simulationsergebnisse oft nur grobe Näherungen an die Wirklichkeit. Um zu vermeiden, dass kleine Abweichungen vom Referenzentwurf, beispielsweise in der Fertigung, zu unerwarteter Minderleistung oder Ausfällen führen, ist heute eine auf Erfahrungswissen beruhende Überdimensionierung erforderlich.

Hier setzt PASIROM an. Ziel des Vorhabens ist es, durch Grundlagenforschung Methoden zu entwickeln, die es in Zukunft erlauben, elektrische Motoren, wie sie zum Beispiel im Bosch eBike eingesetzt werden, direkt am Computer „robust“ zu optimieren (Schwerpunkt „robuste Optimierung“, Prof. Dr. Stefan Ulbrich, Technische Universität Darmstadt). Es sollen dabei zur Simulation Verfahren zum Einsatz kommen, die die Parallelität aktueller Rechnerarchitekturen gut ausnutzen (Schwerpunkt „Parallelität“, Dr. Stephanie Friedhoff, Bergische Universität Wuppertal). Auf Grund der hochdimensionalen Problemstellungen sollen auch Modellordnungsreduktions- und -adaptationsverfahren eingesetzt werden (Schwerpunkt „Modellreduktion“, Prof. Dr. Michael Hinze, Universität Hamburg). Mit den neuen mathematischen Verfahren des Computational Engineering sollen Hersteller zukünftig noch näher an die Grenzen des physikalisch Machbaren gehen können, ohne Einbußen im Betrieb befürchten zu müssen. Multiphysikalische Effekte wie Erhitzung werden noch realistischer im Computer-Design berücksichtigt (Schwerpunkt „Modellierung“, Prof. Dr. Sebastian Schöps, Technische Universität Darmstadt).

Praxispartner sind die Robert Bosch GmbH, Stuttgart, und der Darmstädter Softwarehersteller CST – Computer Simulation Technology GmbH.