Создание и симуляция простой модели

Создание схемы Simscape

В этом примере вы собираетесь смоделировать простую механическую систему и наблюдать ее поведение при различных условиях. Этот пример иллюстрирует существенные шаги к создаванию физической модели и делает вас знакомыми с использованием основных блоков Simscape™.

Примечание

Для экономящих время методов и усовершенствованных способов анализировать данные моделирования, смотрите Существенные Шаги для Построения Физического Образцового примера.

Следующее схематическое представляет простую модель автомобильной приостановки. Это состоит из пружины и демпфера, соединенного с телом (представленный как масса), который взволнован силой. Можно отличаться параметры модели, такие как жесткость пружины, масса тела или профиль силы, и просмотреть получившиеся изменения в скорости и положении тела.

Чтобы создать эквивалентную схему Simscape, выполните эти шаги:

Откройте Simulink^® Library Browser, как описано в Библиотеках блоков Simscape.
Создайте новую модель Simulink с помощью шаблона Blank Model. Программное обеспечение создает пустую модель в памяти и отображает ее в новом окне редактора моделей.
Примечание
Поочередно, можно ввести ssc_new в Командной строке MATLAB^®, чтобы создать новую модель, предварительно заполненную с определенными необходимыми и обычно используемыми блоками. Для получения дополнительной информации смотрите Создание Новой Модели Simscape.
По умолчанию Редактор Simulink скрывает автоматические имена блока в диаграммах модели. Чтобы отобразить скрытые имена блока в учебных целях, выберите Display и снимите флажок Hide Automatic Names.
Откройте библиотеку Simscape> Foundation Library> Mechanical> Translational Elements.
Перетащите Массу, Переводный Spring, Переводный Демпфер и два Механических Переводных Ссылочных блока в окно модели.
Сориентируйте блоки как показано на следующем рисунке. Чтобы повернуть блок, выберите его и нажмите Ctrl+R.
Соедините Переводный Spring, Переводный Демпфер и Массовые блоки к одному из Механических Переводных Ссылочных блоков как показано на следующем рисунке.
Чтобы добавить представление силы, действующей на массу, откройте библиотеку Simscape> Foundation Library> Mechanical> Mechanical Sources и добавьте Идеальный Исходный блок Силы в вашу схему.
Чтобы отразить правильное направление силы, показанной в схематичном оригинале, инвертируйте блок путем выбора Diagram> Rotate & Flip> Flip Block> Up-Down от верхней панели меню окна модели. Соедините порт C блока (для “случая”) к второму блоку Mechanical Translational Reference и его порту R (для “стержня”) к блоку Mass, как показано ниже.
Добавьте датчик, чтобы измерить скорость и положение массы. Поместите блок Ideal Translational Motion Sensor от библиотеки Mechanical Sensors в вашу схему и соедините его как показано ниже.
Теперь необходимо добавить источники и осциллографы. Они найдены в регулярных Библиотеках Simulink. Откройте библиотеку Simulink> Sources и скопируйте блок Signal Builder в модель. Затем откройте библиотеку Simulink> Sinks и скопируйте два блока Осциллографа. Переименуйте один из блоков Scope к Velocity и другого к Position.
Каждый раз, когда вы соединяете источник Simulink или осциллограф к схеме Simscape, необходимо использовать соответствующий блок конвертера, чтобы преобразовать Сигналы Simulink в физические сигналы и наоборот. Откройте библиотеку Simscape> Utilities и скопируйте блок Simulink-PS Converter и два блока Конвертера Simulink PS в модель. Соедините блоки как показано ниже.
Каждая топологически отличная физическая сеть в схеме требует точно одного Блока Configuration Решателя, найденного в библиотеке Simscape> Utilities. Скопируйте этот блок в свою модель и соедините его со схемой путем создания точки условного перехода и соединения его с единственным портом Блока Configuration Решателя. Ваша схема теперь должна выглядеть так.
Ваша блок-схема теперь завершена. Сохраните его как mech_simple.

Изменение начальных установок

После того, как вы соединили блок-схему своей модели, как описано в предыдущем разделе, необходимо выбрать решатель и обеспечить правильные значения для параметров конфигурации.

Чтобы подготовиться к симуляции модели, выполните эти шаги:

Выберите решатель Simulink. На верхней панели меню окна модели выберите Simulation > Model Configuration Parameters. Диалоговое окно Configuration Parameters открывается, показывая узел Solver.
Под Solver selection, набор Solver к ode23t (mod.stiff/Trapezoidal).
Расширьте Solver details и установите Max step size на 0.2.
Также обратите внимание, что Simulation time задан, чтобы быть между 0 и 10 секундами. Можно настроить эту установку позже в случае необходимости.
Нажмите OK, чтобы закрыть диалоговое окно Configuration Parameters.
Сохраните модель.

Выполнение симуляции

После того, как вы соединили блок-схему и задали начальные установки для вашей модели, можно запустить симуляцию.

Входной сигнал для силы обеспечивается блоком Signal Builder. Профиль сигнала показывают на рисунке ниже. Это запускается со значения 0, затем в 4 секунды существует ступенчатое изменение к 1, и затем это возвращается к 0 в 6 секунд. Это - профиль по умолчанию.
Скоростной осциллограф выводит массовую скорость, и Положение определяет объем выходных параметров массовое смещение как функция времени. Дважды кликните оба осциллографа, чтобы открыть их.
Чтобы запустить симуляцию, щелкните на панели инструментов окна модели. Решатель Simscape оценивает модель, вычисляет начальные условия и запускает симуляцию. Для подробного описания этого процесса смотрите Как Моделирование Simscape. Завершение этого шага может занять несколько секунд. Сообщение в нижнем левом углу окна модели обеспечивает обновление статуса.
Если симуляция начинает запускаться, окна осциллографа Скорости и Положения отображают результаты симуляции, как показано на следующем рисунке.
В начале масса в покое. Затем в 4 секунды, когда входной сигнал изменяется резко, массовые скоростные скачки в положительном направлении и постепенно возвратах к нулю. Массовое положение одновременно изменяется более постепенно, вследствие инерции и затухания, и остается в новом значении, пока сила реагирует на него. В 6 секунд, когда входной сигнал возвращается, чтобы обнулить, скорость получает зеркальный скачок, и масса постепенно возвращается к своему исходному положению.

Можно теперь настроить различные входные параметры и параметры блоков и видеть их эффект на массовую скорость и смещение.

Корректировка параметров

После выполнения начальной симуляции можно экспериментировать с корректировкой различных входных параметров и параметров блоков.

Попробуйте следующие корректировки:

Изменение профиля силы

Этот пример показывает, как изменение во входном сигнале влияет на профиль силы, и поэтому массовое смещение.

Дважды кликните блок Signal Builder, чтобы открыть его.
Кликните по первому вертикальному сегменту профиля сигнала и перетащите его от 4 до 2 секунд, как показано ниже. Закройте диалоговое окно блока.
Запустите симуляцию. Результаты симуляции показывают на следующем рисунке.

Изменение параметров модели

В нашей модели сила действует на массу против переводной пружины и демпфера, соединенного параллельно. Этот пример показывает, как изменения в пружинной жесткости и вязкости демпфера влияют на массовое смещение.

Дважды кликните блок Translational Spring. Установите его Spring rate на 2000 N/m.
Запустите симуляцию. Увеличение пружинной жесткости приводит к меньшей амплитуде массового смещения, как показано на следующем рисунке.
Затем, дважды кликните Переводный Демпфер. Установите его Damping coefficient на 500 N/(m/s).
Запустите симуляцию. Из-за увеличения вязкости масса медленнее и в достижении ее максимального смещения и в возврате исходному положению, как показано на следующем рисунке.

Изменение массовых устройств вывода положения

В нашей модели мы использовали блок PS-Simulink Converter в его настройке параметра по умолчанию, которая не задает модули. Поэтому осциллограф Position выводит массовое смещение в единицах длины по умолчанию, то есть, в метрах. Этот пример показывает, как изменить устройства вывода для массового смещения к миллиметрам.

Дважды кликните блок PS-Simulink Converter1. Введите mm в поле комбинированного списка Output signal unit и нажмите OK.
Запустите симуляцию. В окне scope Position щелкните, чтобы автомасштабировать оси осциллографа. Массовое смещение теперь выводится в миллиметрах, как показано на следующем рисунке.

Документация