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【24h】

Introducción de funciones BLAS y matrices Sparse en la dinámica de sistemas multicuerpo

机译:多体系统动力学中的BLAS函数和稀疏矩阵介绍

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摘要

El trabajo presentado en este artículo está orientado a la obtención de simulaciones en tiempo real de sistemas multicuerpo de gran tamaño y complejidad, con particulares aplicaciones en el campo de la automoción. La complejidad de las operaciones numéricas necesarias crece significativamente en sistemas multicuerpo con cadenas cerradas y un elevado número de sólidos rígidos, apareciendo sistemas de ecuaciones lineales redundantes pero compatibles. Estos sistemas se suelen resolver mediante el método de los mínimos cuadrados y la factorización QR, pero esta metodología es muy ineficiente para aplicaciones de tiempo real. El objetivo de este articulo es describir la implementación de dos formas diferentes de resolver este sistema de ecuaciones redundantes pero compatibles, obteniendo importantes reducciones en los tiempos de ejecución e incrementando así la eficiencia y robustez del programa. Ambos procedimientos están basados en la factorización LU. El primer método considera los sistemas de ecuaciones con matrices densas que se resuelven utilizando unas funciones de programación de bajo nivel conocidas como BLAS. Es importante resaltar al respecto que LAPACK, una de las librerías numéricas más ampliamente utilizadas, no contiene funciones para resolver el problema mencionado. El segundo método utilizado para aumentar la eficiencia tiene en cuenta la baja densidad de elementos no nulos en la matriz Jacobiana del sistema, tratándola como matriz sparse y utilizando para su resolución funciones de alta eficiencia como la MA48, provista por Harwell SL. Ambas metodologías han sido implementadas en la simulación de un modelo de cabeza tractora de camión con semi-remolque, sistema que posee 40 grados de libertad, 81 sólidos rígidos y 89 pares cinemáticos. En ambos casos se obtienen mejoras muy significativas, del orden del 50% del tiempo total de simulación.
机译:本文介绍的工作旨在获得大型和复杂的多体系统的实时仿真,并在汽车领域中进行特殊应用。在具有闭链和大量刚性实体的多体系统中,必要的数值运算的复杂性显着增加,并且出现了冗余但兼容的线性方程组。这些系统通常使用最小二乘法和QR分解来解决,但是这种方法对于实时应用而言效率很低。本文的目的是描述两种不同方式的实现,以解决该系统的冗余但兼容的方程式,从而显着减少了执行时间,从而提高了程序的效率和健壮性。这两个过程都基于LU分解。第一种方法考虑具有密集矩阵的方程组,这些系统使用称为BLAS的低级编程函数求解。在这一点上重要的是要注意的是,LAPACK是使用最广泛的数字库之一,它不包含解决上述问题的函数。用于提高效率的第二种方法考虑了系统雅可比矩阵中非零元素的低密度,将其视为稀疏矩阵,并使用诸如Harwell SL提供的MA48等高效函数来解决问题。两种方法均已在具有半挂车的卡车牵引车头模型的仿真中实现,该系统具有40个自由度,81个刚性固体和89个运动扭矩。在这两种情况下,都可获得非常显着的改进,大约占总仿真时间的50%。

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