Что можно сделать с программным обеспечением Simscape Multibody
Предупреждение
Это содержимое характерно для программного обеспечения Simscape™ Multibody™ First Generation. Функции первого поколения намечают, чтобы быть удержанными от использования и нужно избежать.
О программном обеспечении Simscape Multibody
Программное обеспечение Simscape Multibody является набором библиотек блоков и механических инструментов моделирования и симуляции для использования с Simulink®. Вы соединяете блоки Simscape Multibody с нормальными блоками Simulink через блоки Датчика и Привода.
Блоки в этих библиотеках являются элементами, необходимо смоделировать механические системы, состоящие из любого количества твердых тел, соединенных соединениями, представляющими поступательные и вращательные степени свободы. Можно представлять механические системы с компонентами, организованными в иерархические подсистемы, как в нормальных моделях Simulink. Можно наложить кинематические ограничения, применить силы/крутящие моменты, интегрировать ньютонову динамику и меру, заканчивающуюся движения. Смотрите Симулируют Модель Ленточного конвейера.
Выражения глоссария
Для объяснения важных условий см. Глоссарий.
Моделирование механических систем
Это существенные шаги, которые вы выполняете, чтобы создать и запустить представление модели машины:
Задайте тело инерционные свойства, степени свободы и ограничения, наряду с системами координат, присоединенными к телам, чтобы измерить движения и силы.
Настройте датчики, чтобы записать движения и силы, а также приводы и элементы силы, чтобы инициировать движения и прикладывать силы, включая непрерывное и прерывистое трение.
Запустите симуляцию, вызвав решатели Simulink, чтобы найти движения системы, при поддержании любых наложенных ограничений. Можно также сгенерировать, скомпилировать и запустить версии сгенерированного кода моделей.
Визуализируйте машину при создавании модели и анимируйте симуляцию при выполнении его, использовании окна визуализации Simscape Multibody.
Тела, системы координат, соединения и ограничения
Вы моделируете тела с блоками Тела, заданными их массами, тензорами инерции и присоединенными системами координат Тела (CSS). Вы соединяете тела друг с другом с соединениями, представляющими возможные движения тел друг относительно друга, степени свободы системы (число степеней свободы). Можно наложить кинематические ограничения на позволенные относительные движения тел системы. Эти ограничения ограничивают число степеней свободы или управляют числом степеней свободы как явными функциями времени.
Интерфейс Simscape Multibody дает вам много способов задать CSS, ограничения/драйверы и силы/крутящие моменты. Вы можете
Присоедините CSS Тела к различным точкам на блоках Тела, чтобы задать локальные оси и источники для приведения в действие и обнаружения.
Возьмите Блоки соединений из библиотеки Simscape Multibody или расширьте существующую библиотеку Joint путем построения собственных Соединений.
Используйте другие инструменты Simulink, а также выражения MATLAB®.
Определение систем локальной координаты
Модели Simscape Multibody автоматически содержат одну инерционную систему координат и CS под названием Мир. Можно также настроить собственный Локальный CSS:
Основанный CSS, присоединенный, чтобы Основать блоки в покое в Мире, но перемещенный от Мирового источника CS
CSS тела, зафиксированный на и перемещающийся твердо с телами
Кинематические ограничения
Задавая кинематические отношения между любыми двумя телами, можно ограничить движение системы путем соединения Ограничительных блоков с парами Тел. Соединение Блоков драйверов применяет зависящие от времени ограничения.
Датчики, приводы, трение и элементы силы
Датчики и Приводы являются блоками, которые вы используете, чтобы взаимодействовать через интерфейс между нормальными блоками Simulink и блоками Simscape Multibody. Элементы силы представляют внутренние силы, которые не требуют никакого внешнего входа.
Блоки датчика обнаруживают движение Тел и Соединений.
Выходными параметрами блока Sensor являются Сигналы Simulink, которые можно использовать как любой другой Сигнал Simulink. Можно соединить блок Sensor с блоком Simulink Scope и отобразить движения в системе.
Можно накормить этими выходными сигналами Датчика назад систему Simscape Multibody через блоки Привода, чтобы задать силы/крутящие моменты в системе.
Блоки привода задают движения Тел или Соединений.
Они принимают сигналы силы/крутящего момента от Simulink и могут применить силы/крутящие моменты на тело или соединение от этих сигналов. Сигналы Simulink могут включать блок Sensor выходные параметры, возвращенные от самой системы.
Они обнаруживают дискретную блокировку и разблокирование Соединений, чтобы реализовать прерывистые статические силы трения.
Они задают положение, скорость и ускорение тел или соединений как явные функции времени.
Они готовят начальное кинематическое состояние системы (положения и скорости) для прямого интегрирования ньютоновой динамики.
Обеспечьте модель Elements внутренние силы между телами или действующий на соединения между телами. Внутренние силы зависят только от положений и скоростей самих тел, независимый от внешних сигналов.
Симуляция и анализ механического движения
Программное обеспечение Simscape Multibody обеспечивает четыре режима для анализа механических систем, которые вы симулируете: Передайте Динамику, Обрезку, Обратную Динамику и Кинематику. Можно также преобразовать любую механическую модель, в любом режиме, к портативной версии сгенерированного кода.
Математическое определение движения твердого тела
Для прямой динамики, чтобы быть математически разрешимой, система должна удовлетворить определенным обстоятельствам:
Массы и тензоры инерции всех тел известны.
Известны все силы и крутящие моменты, действующие на каждое тело в каждый момент времени.
Любые кинематические ограничения среди числа степеней свободы заданы как ограничения среди положений и/или одних только скоростей. Если ограничения взаимно сопоставимы и являются меньше в номере, чем число степеней свободы, движение системы нетривиально и может быть найдено интегрированием.
Начальные условия (исходные положения и скорости) заданы и сопоставимы со всеми ограничениями.
Для обратного динамического анализа вы задаете движения вместо этого и получаете силы/крутящие моменты, должен был произвести те движения.
Передайте динамику, обрезку и линеаризацию
В режиме Forward Dynamics симуляция Simscape Multibody использует комплект Simulink решателей для обыкновенных дифференциальных уравнений (ОДУ), чтобы решить уравнения Ньютона, интегрируя примененные силы/крутящие моменты и получая получившиеся движения. Решатели ОДУ проектируют движение числа степеней свободы на математический коллектор кинематических ограничений и дают к силам/крутящим моментам ограничения, действующего в системе.
Обрезка. Режим Trimming позволяет вам использовать функции обрезки Simulink, чтобы искать устойчивый или состояния равновесия в механическом движении. Эти состояния, когда-то найденные, являются начальной точкой для анализа линеаризации.
Линеаризация. Можно использовать инструменты линеаризации Simulink, чтобы линеаризовать движение вперед системы и получить ее ответ на небольшие возмущения в силах/крутящих моментах, ограничениях и начальных условиях.
Обратная динамика
Симуляция Simscape Multibody может решить реверс прямой проблемы динамики, решив, что силы/крутящие моменты должны были произвести данный набор движений, что вы обращаетесь к системе. В зависимости от топологии вашей системы вы выбираете из двух режимов Simscape Multibody для того, чтобы эффективно анализировать его обратную динамику:
Режим Inverse Dynamics работает с открытыми системами топологии (диаграммы модели без замкнутых циклов).
Режим Kinematics анализирует движение моделей с обратной связью, включая невидимые ограничения, наложенные закрытиями цикла.
Ограничение и Блоки драйверов могут появиться только в замкнутых циклах, таким образом, вы используете режим Kinematics, чтобы анализировать ограничительные силы/крутящие моменты также.
Совет
Можно использовать режим Forward Dynamics, чтобы анализировать обратную динамику. Но режимы Inverse Dynamics и Kinematics оптимизированы для такого анализа и решают такие задачи быстрее и более эффективно, чем действительно Передает Динамику.
Генерация кода
Программное обеспечение Simscape Multibody совместимо с режимами Simulink Acceleration, Simulink Coder™ и программным обеспечением Simulink Real-Time™. Они позволяют вам сгенерировать версии кода моделей, которые вы создаете первоначально в Simulink с блок-схемами, улучшая скорость симуляции и мобильность модели.
Присутствие статического трения в механической модели создает динамические разрывы и инициировало итерации режима в Simulink. Эти разрывы и итерации режима устанавливают определенные ограничения для генерации кода.
Визуализация и анимация моделей
Программное обеспечение Simscape Multibody поддерживает внутреннее окно визуализации как мощную помощь в создании, анимации и отладке моделей. Для примера его использования смотрите, Симулируют Модель Ленточного конвейера.
Окно отображает тела и их системы координат Тела (CSS) в:
Краткий обзор, упрощенные формы, выпуклые оболочки или эквивалентные эллипсоиды. Это стандартные конфигурации.
Пользовательские конфигурации заданы внешними графическими файлами.
Можно также автоматически сгенерировать модели Simscape Multibody из файла данных, представляющего блок автоматизированного проектирования (CAD), экспортируемый с внешних платформ CAD.
Визуализация тел во время моделирования
Один способ использовать окно визуализации состоит в том, в то время как вы создаете свою модель:
Можно открыть окно визуализации Simscape Multibody, прежде чем вы начнете создавать и затем смотреть, что тела появляются и сконфигурированы в отображении, как вы создаете и конфигурируете их в своем окне модели.
Этот подход особенно полезен, если вы только начинаете изучать, как создать комплексные модели Simscape Multibody. В этом случае визуализация может вести вас в сборке конфигураций тела и связей.
Можно также создать модель без визуализации, затем открыть окно визуализации, когда вы закончили видеть завершенную модель.
Отображение тел в стандартных конфигурациях
Окно визуализации имеет две стандартных абстрактных формы, чтобы отобразить тела, один выведенный из свойств массы тела, другой от присоединенных систем координат Тела тел (CSS). Эти формы являются геометрической схематикой, на основе ограниченной информации тела, указанной в диалоговом окне блока Body.
Массовые Свойства. Движущие силы твердого тела частично определяются общей массой тела и как та масса распределяется на пробеле, как инкапсулируется в его тензоре инерции. Любое твердое тело имеет уникальный соответствующий гомогенный эллипсоид с той же массой и тензором инерции.
Используя эти эквивалентные эллипсоиды один режим визуализации отображения тела. Относительные размеры осей эллипсоида указывают на относительные инерционные моменты о каждой оси.
Вот твердое тело, отображенное как эквивалентный эллипсоид.
Геометрические Свойства. Каждое тело Simscape Multibody представлено блоком Body по крайней мере с одним присоединенным CS Тела. Минимальный источник CS Тела расположен в центре тяжести тела (CG).
Можно также создать другой CSS Тела на Теле. Любое Соединение, Ограничение/Драйвер, Привод или Датчик, присоединенный к Телу, должны быть присоединены в начале координат CS Тела.
Набор источников CS Тела может быть окутан поверхностью; если существует больше чем три некомпланарных источника, поверхность заключает объем. Минимальная поверхность с изгибающимся исходящим образом искривлением, окутывающим этот набор, является выпуклой оболочкой, которая является другой абстрактной формой, доступной для визуализации тела на пробеле. Меньше чем четыре источника CS производят более простые фигуры Тела. Выпуклая оболочка исключает CS CG Тела.
Вот то же тело как выпуклая оболочка. Четыре источника CS Тела являются некомпланарными в этом случае, и оболочка является четырехгранником.
Анимация движения в процессе моделирования
Помимо отображения тел вашей модели или в то время как вы создаете модель или как завершенную модель, можно также сохранить окно визуализации открытым, в то время как модель запускается в окне модели Simulink. Окно анимирует симуляцию движений тел, принимаете ли вы решение отобразить тела как эллипсоиды или как выпуклые оболочки и перемещения параллельно с изменениями модели на стороне Simulink.
Взаимодействие через интерфейс с автоматизированным проектированием
Можно использовать средство импорта Simscape Multibody, чтобы автоматически сгенерировать Simscape Multibody, основанный на модели на внешнем файле данных, ранее экспортируемом с поддерживаемой платформы CAD. Этот файл данных получает динамически важные функции блока CAD, представляющего механическую систему. Получившаяся модель, когда-то сгенерированная, может быть изменена и расширена как любая другая модель Simscape Multibody.