Mittwoch, 5. Oktober 2011

SPICE und die Simulation nichtlinearer dynamischer Systeme

Ich habe einige Anfragen erhalten zur Simulation nichtlinearer dynamischer Systeme mit dem Programm SPICE. Ich moechte daher  an dieser Stelle dazu ein paar weiterfuehrende Hinweise geben. SPICE ist eine Software zur Simulation von elektronischen Schaltungen. Sie wird seit Ewigkeiten von Profis weltweit fuer diesen Zweck eingesetzt und ist inzwischen in diversen Variationen erhaeltlich. Nach vielen Jahren im Schwabenland habe ich mich fuer LTSpice entschieden, da es von der Firma Linear Technologies als Freeware zur Verfuegung gestellt wird und ein sehr brauchbares grafisches Benutzerinterface bietet. Damit ist es einem Ingenieur der Elektrotechnik in Minuten moeglich z.B. ein Lorenz System grafisch aufzusetzen und mit Hilfe von ansprechenden grafischen Ausgaben zu untersuchen. Der in SPICE verwendete "Solver" ist schnell und robust. Er laesst die Simulation sehr komplexer Probleme auf gaengigen PCs in kurzer Zeit zu, ohne tiefer in die Problematik numerischer Loesungsverfahren einsteigen zu muessen. Meiner Meinung nach ist SPICE damit MATLAB weit ueberlegen. Das Problem ist die Uebertragung allgemeiner Problemstellungen in elektronische Equivalente (Schaltbilder bzw. Netzlisten). Das setzt Grundlagenwissen der Elektrotechnik voraus. Da SPICE aber mit einer ASCII Netlist als Eingabe fuer sein "Rechenwerk" arbeitet, ist es durchaus vorstellbar, die grafische Benutzerschnittstelle zu modifizieren und die elektronischen Schaltungssymbole durch andere Symbole, die dem zu untersuchenden Problem besser entsprechen, zu ersetzen.  Da ist vieles vorstellbar. Als Beispiel hier ein Lorenzsystem, was von mir in 5 Minuten aufgesetzt und simuliert war.
Der X/Y Plot der Simulation


Das "Schaltbild" des Lorenzsystems


Ich war natuerlich nicht der Erste der diese Idee hatte. Im Internet habe ich inzwischen zwei grundlegende Aufsaetze gefunden, die diese Idee des "Missbrauchs" von SPICE zur Simulation nichtlinearer dynamischer Systeme beschreiben.
Aus 1993 von DC Hamill und aus diesem Jahr von J.D. Hewlett und B.M. Wilamowski

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