Как моделирование Simscape
Фазы симуляции Simscape
Вы можете найти этот краткий обзор полезным для построения моделей и понимания ошибок. Для получения дополнительной информации смотрите, Как Модели Simscape Представляют Физические системы.
Программное обеспечение Simscape™ дает вам несколько способов моделировать и анализировать физические системы в среде Simulink®. Выполнение физической симуляции модели подобно симуляции любой модели Simulink. Это влечет за собой устанавливающие различные опции симуляции, запуская симуляцию, и просматривая результаты симуляции. Эта тема описывает различные аспекты симуляции, характерной для моделей Simscape. Для специфических особенностей симуляции и анализа с отдельными продуктами дополнения Simscape, обратитесь к документации для тех отдельных продуктов дополнения.
Эта блок-схема представляет последовательность симуляции Simscape.
Блок-схема состоит из следующих главных фаз:
Проверка допустимости модели
Решатель Simscape сначала подтверждает настройку модели и проверяет ваши элементы данных от диалоговых окон блока.
Все блоки Simscape в схеме должны быть соединены в одну или несколько физических сетей. Несвязанные порты Сохранения не позволены.
Каждая топологически отличная физическая сеть в схеме требует точно одного Блока Configuration Решателя.
Если ваша модель содержит гидравлические элементы, каждая топологически отличная гидросхема в схеме должна соединиться с блоком Custom Hydraulic Fluid (или блоком Hydraulic Fluid, доступным с библиотеками блоков Simscape Fluids™). Эти блоки задают жидкие свойства, которые действуют как глобальные параметры для всех блоков, которые соединяются с гидросхемой. Если никакой гидравлический жидкий блок не присоединен к циклу, гидравлические блоки в этом цикле используют жидкость по умолчанию. Однако больше чем один гидравлический жидкий блок в цикле генерирует ошибку.
Точно так же, если ваша модель содержит газовые элементы, газовые свойства по умолчанию для сухого воздуха. Если вы присоединяете блок Gas Properties (G) к топологически отличной схеме, можно изменить газовые свойства для всех блоков, соединенных со схемой. Однако больше чем один блок Gas Properties (G) в схеме генерирует ошибку.
Модули сигнала, заданные в блоке Simulink-PS Converter, должны совпадать с входным типом, ожидаемым блоком Simscape, соединенным с ним. Например, когда вы обеспечиваете входной сигнал для Идеального Углового Скоростного Исходного блока, задаете угловые скоростные единицы, такие как
rad/sилиrpm, в блоке Simulink-PS Converter, или оставляете его безразмерным. Точно так же модули, заданные в блоке PS-Simulink Converter, должны совпадать с типом физического сигнала, обеспеченного выходным портом блока Simscape.
Сетевая конструкция
После проверки модели решатель Simscape создает физическую сеть на основе следующих принципов:
Два непосредственно соединенных порта Сохранения имеют те же значения для всех своих переменных Across (таких как напряжение или угловая скорость).
Любая переменная Through (такой как текущая или крутящий момент) переданный вдоль строки Физического соединения разделена между несколькими компонентами, соединенными ответвлениями. Для каждой переменной Through сумма всех ее значений, текущих в точку разветвления, равняется сумме всех своих вытекающих значений.
Конструкция уравнения
На основе конфигурации сети, значений параметров в диалоговых окнах блока и глобальных параметров, заданных жидкими свойствами, если применимо, решатель Simscape создает систему уравнений для модели.
Эти уравнения содержат системные переменные следующих типов:
Dynamic — Производные времени этих переменных появляются в уравнениях. Динамический, или дифференциал, переменные добавляют динамику в систему и требуют, чтобы решатель использовал численное интегрирование, чтобы вычислить их значения. Динамические переменные могут произвести или независимые или зависимые состояния для симуляции.
Algebraic — Производные времени этих переменных не появляются в уравнениях. Эти переменные появляются в алгебраических уравнениях, но не добавляют динамики, и это обычно происходит в физических системах из-за законов сохранения, таких как сохранение массы и энергии. Состояния алгебраических переменных всегда зависят от динамических переменных, других алгебраических переменных или входных параметров.
Решатель затем выполняет анализ и устраняет переменные, которые не нужны, чтобы решить систему уравнений. После переменного устранения остающиеся переменные (алгебраический, динамический зависимый и динамический независимый политик) сопоставлены с вектором состояния Simulink модели.
Для получения информации о том, как просмотреть и анализировать образцовые переменные, видит Образцовую Статистику.
Вычисление начальных условий
Решатель Simscape вычисляет начальные условия только однажды, в начале симуляции (t = 0). В диалоговом окне Блока Configuration Решателя значение по умолчанию - то, что флажок Start simulation from steady state не устанавливается. Если это выбрано в вашей модели, смотрите Нахождение Начального Устойчивого состояния.
Решатель вычисляет начальные условия путем нахождения начальных значений для всех системных переменных, которые точно удовлетворяют все образцовые уравнения. Можно влиять на вычисление начальных условий block-level variable initialization, то есть, путем определения приоритета и предназначаться для начальных значений на вкладке Variables диалоговых окон блока. Можно также инициализировать переменные для целой модели от сохраненной рабочей точки.
Значения, которые вы задаете во время переменной инициализации, не являются фактическими значениями соответствующих переменных, а скорее их целевыми значениями в начале симуляции (t = 0). В зависимости от результатов решения некоторые из этих целей могут или не могут быть удовлетворены. Решатель пытается удовлетворить высокоприоритетные цели сначала, затем низкоприоритетные единицы:
Сначала, решатель пытается найти решение, где все высокоприоритетные переменные цели достигнуты точно, и низкоприоритетные цели аппроксимированы максимально тесно. Если решение найдено во время этого этапа, оно удовлетворяет все высокоприоритетные цели. Некоторые низкоприоритетные цели могут также быть достигнуты точно, другие аппроксимированы.
Если решатель не может найти решение, которое точно удовлетворяет все высокоприоритетные цели, он выдает предупреждение и вводит второй этап, где приоритет
Highослабляется кLow. Таким образом, решатель пытается найти решение путем приближения и высокого приоритета и низкоприоритетных целей максимально тесно.
После того, как вы инициализируете переменные и до симуляции модели, можно открыть Переменное Средство просмотра, чтобы видеть, какая из переменных целей была удовлетворена. Для получения дополнительной информации об инициализации переменной блочного уровня смотрите Переменную Инициализацию.
Нахождение начального устойчивого состояния
Когда вы устанавливаете флажок Start simulation from steady state, решатель пытается найти устойчивое состояние, которое закончилось бы, если бы входные параметры к системе считались постоянные в течение достаточно долгого времени, начинающего с начального состояния, полученного из вычисления начальных условий, только описанного. Если установившиеся решают, успешно выполняется, найденное состояние является некоторым устойчивым состоянием (в допуске), но не обязательно состояние, ожидаемое от данных начальных условий. Устойчивое состояние означает, что системные переменные больше не изменяются со временем. Симуляция затем начинает с этого устойчивого состояния.
Модель может иметь больше чем одно устойчивое состояние. В этом случае решатель выбирает установившееся решение, которое сопоставимо с переменными целями, заданными во время инициализации переменной блочного уровня. Для получения дополнительной информации смотрите Переменную Инициализацию.
Переходная инициализация
После вычисления начальных условий, или после последующего события (таких как получившийся разрыв, например, от открытия клапана, или от жесткой остановки), решатель Simscape выполняет переходную инициализацию. Переходная инициализация фиксирует все динамические переменные и решает для алгебраических переменных и производных динамических переменных. Цель переходной инициализации состоит в том, чтобы обеспечить непротиворечивое множество начальных условий для следующей фазы, переходный процесс решают.
Переходный процесс решает
Наконец, решатель Simscape выполняет переходный процесс, решают системы уравнений. В переходном процессе решают, непрерывные дифференциальные уравнения интегрированы вовремя, чтобы вычислить все переменные как функцию времени.
Решатель продолжает выполнять симуляцию согласно результатам переходного процесса, решают, пока решатель не сталкивается с событием, таким как нулевое пересечение или разрыв. Событие может быть в физической сети или в другом месте в модели Simulink. Если решатель сталкивается с событием, решатель возвращается к фазе переходной инициализации, и затем обратно переходному процессу решают. Этот цикл продолжается до конца симуляции.