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Model Order Reduction Methods for Parameterized Systems in Electromagnetic Field Simulations

Stavrakakis, Kynthia Katherina (2012)
Model Order Reduction Methods for Parameterized Systems in Electromagnetic Field Simulations.
Technische Universität Darmstadt
Dissertation, Erstveröffentlichung

Kurzbeschreibung (Abstract)

The topic of this thesis falls in the field of system approximation. The original large-scale and parameter-dependent model is reduced to a smaller model which approximates the transfer function of the original model while the parameter dependence is retained in the reduced model. The simplified model is then succesfully used instead of the original model in a large variety of applications. The models stem from the Maxwell grid equations, which are obtained from the continuous Maxwell equations with the help of the Finite Integration Theory (FIT). In general, a variety of parameters is possible for electromagnetic field problems. In this work though, the focus has been set to material and geometry parameters with particular emphasis on the latter. To this purpose, two main strategies are followed. The first strategy is based on already existing work on parametric order reduction which are not applicable in the form naturally obtained by the Maxwell grid equations. Therefore, a linearization step is shown that appropriately adapts the FIT systems to the desired form. An alternative approach is based on using the system in the form directly obtained from the Maxwell grid equations, and defines the projection matrix of the parametric systems as the composition of local projection matrices. This method provides more flexibility in the geometry variation than the approach described above. The methods developed in this thesis have been applied to several numerical examples.

Typ des Eintrags: Dissertation
Erschienen: 2012
Autor(en): Stavrakakis, Kynthia Katherina
Art des Eintrags: Erstveröffentlichung
Titel: Model Order Reduction Methods for Parameterized Systems in Electromagnetic Field Simulations
Sprache: Englisch
Referenten: Weiland, Prof. Dr.- Thomas ; Dyczij-Edlinger, Prof. Dr. Romanus
Publikationsjahr: 5 Juli 2012
Ort: Darmstadt
Datum der mündlichen Prüfung: 27 April 2012
URL / URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-30338
Kurzbeschreibung (Abstract):

The topic of this thesis falls in the field of system approximation. The original large-scale and parameter-dependent model is reduced to a smaller model which approximates the transfer function of the original model while the parameter dependence is retained in the reduced model. The simplified model is then succesfully used instead of the original model in a large variety of applications. The models stem from the Maxwell grid equations, which are obtained from the continuous Maxwell equations with the help of the Finite Integration Theory (FIT). In general, a variety of parameters is possible for electromagnetic field problems. In this work though, the focus has been set to material and geometry parameters with particular emphasis on the latter. To this purpose, two main strategies are followed. The first strategy is based on already existing work on parametric order reduction which are not applicable in the form naturally obtained by the Maxwell grid equations. Therefore, a linearization step is shown that appropriately adapts the FIT systems to the desired form. An alternative approach is based on using the system in the form directly obtained from the Maxwell grid equations, and defines the projection matrix of the parametric systems as the composition of local projection matrices. This method provides more flexibility in the geometry variation than the approach described above. The methods developed in this thesis have been applied to several numerical examples.

Alternatives oder übersetztes Abstract:
Alternatives AbstractSprache

Das Thema dieser Arbeit fällt in das Gebiet der Systemapproximation. Ein ursprünglich großes und parameterabhängiges Modell wird auf ein vereinfachtes kleineres Modell reduziert, welches die Übertragungsfunktion des ursprünglichen Modells approximiert, wobei die Parameterabhängigkeit im reduzierten Modell erhalten bleibt. Das vereinfachte Modell kann dann in vielen Anwendungen anstelle des ursprünglichen Modells verwendet werden. Die in dieser Arbeit behaldelten Modelle werden aus den Maxwell Gitter Gleichungen gewonnen, welche wiederum aus den kontinuierlichen Maxwell Gleichungen mit Hilfe der Methode der Finiten Integration (FIT) resultieren. Prinzipiell kann in elektromagnetischen Problemen eine Vielzahl von Größen als Parameter dienen. Diese Arbeit beschränkt sich jedoch auf Material- und Geometrie-Parameter, wobei Letztere besondere Beachtung erhalten. Zu diesem Zweck werden zwei unterschiedliche Ansätze verfolgt. Der Erste basiert auf bereits bestehenden Ansätzen zur parametrischen Ordnungsreduktion, welche jedoch nicht auf Systeme in der direkt aus den Maxwell Gitter Gleichungen resultierenden Form angewendet werden können. Es wird ein Linearisierungsschritt entwickelt, welcher der Ordnungsreduktion vorausgestellt wird, mit dessen Hilfe die FIT-Systeme in die erwünschte Form gebracht werden können. Ein alternativer Ansatz basiert auf der Verwendung der Systeme in der direkt aus den Maxwell Gitter Gleichungen erhaltenen Form. Die Projektionsmatrix des parametrischen Systems wird als Komposition lokaler Projektionsmatritzen definiert. Diese Methode erweist sich als flexibler bezüglich der Variation geometrischer Parameter, wobei der Variationsspielraum zunächst auf die Größe der entsprechenden Gitterlänge begrenzt ist. Es wurden jedoch Überlegungen angestellt, diese Limitierung aufzulockern. Die in dieser Arbeit entwickelten Methoden wurden an mehreren Beispielen angewendet sowie untereinander verglichen.

Deutsch
Freie Schlagworte: Modelordnungsreduktion, parametrische Modelordnungsreduktion, parametrisierte Systeme, Methode der Finiten Integration, Krylov Unterräume, Elektromagnetische Feldsimulation
Schlagworte:
Einzelne SchlagworteSprache
model order reduction, parametric model order reduction, parameterized systems, finite integration theory, Krylov subspaces, neighboring-subspace method, electromagnetic field simulationEnglisch
Sachgruppe der Dewey Dezimalklassifikatin (DDC): 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau
Fachbereich(e)/-gebiet(e): 18 Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik
Hinterlegungsdatum: 13 Jul 2012 14:35
Letzte Änderung: 05 Mär 2013 10:01
PPN:
Referenten: Weiland, Prof. Dr.- Thomas ; Dyczij-Edlinger, Prof. Dr. Romanus
Datum der mündlichen Prüfung / Verteidigung / mdl. Prüfung: 27 April 2012
Schlagworte:
Einzelne SchlagworteSprache
model order reduction, parametric model order reduction, parameterized systems, finite integration theory, Krylov subspaces, neighboring-subspace method, electromagnetic field simulationEnglisch
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