Смоделируйте изотермическую систему приведения в действие

Схематичная модель

Этот пример показывает, как смоделировать изотермическую систему приведения в действие с помощью блоков Simscape™ Fluids™. Система состоит из насоса, который моделируется идеализированным источником давления, блоком управления, клапаном регулирования потока и механической загрузкой.

Блок управления представляет входящий сигнал для приведения в действие. Клапан с тремя путями представляет регулирование потока в привод. В зависимости от положения, полученного от блока управления, клапан с тремя путями позволяет жидкости вводить полость привода или перенаправляет его к среде ("Ссылка"). В блоке 3-Way Directional Valve (IL) существует один золотник, который регулирует два положения клапана - путь к потоку между портами P и A и путь к потоку между портами A и T. Изменение в положении золотника приводит к изменению в пути к потоку через клапан.

Положения распределительного клапана

Предохранительный клапан вентилирует к среде, если давление между насосом и клапаном становится слишком высоким.

Запустите новую модель

  1. В командной строке MATLAB® войти ssc_new. MATLAB открывает шаблон модели Simscape. Этот шаблон обеспечивает начальную точку для вашей модели Simscape Fluids. Вы будете использовать блоки и из Основы Simscape и из библиотек продукта Simscape Fluids. Сохраняйте модель часто, когда вы добавляете новые блоки.

  2. От вкладки Simulation нажмите на Library Browser. От библиотеки Simscape> Foundation Library> Isothermal Liquid> Utilities перетащите блок Isothermal Liquid Properties (IL) к холсту модели. Используйте этот блок, чтобы задать физические свойства сетевой жидкости, включая ее плотность, вязкость и модуль объемной упругости. Используйте блок Isothermal Liquid Predefined Properties (IL) из библиотеки Fluids> Isothermal Liquid> Utilities, чтобы выбрать жидкость с этими свойствами, уже заданными.

  3. Соедините блок Solver Configuration с блоком Isothermal Liquid Properties (IL) как показано на рисунке. Блок Solver Configuration обеспечивает настройки решателя Simscape для вашей модели. Смотрите Подготовку Решателей для Физических Моделей для получения дополнительной информации о выборе решателя.

    Каждая топологически отличная физическая сеть требует блока решателя.

Смоделируйте подсистему привода

  1. От Simscape> Foundation Library, перетащите эти блоки к холсту модели.

    БлокПодбиблиотека
    Pressure Source (IL)Isothermal Liquid> Sources
    Reservoir (IL)Isothermal Liquid> Elements

    В качестве альтернативы дважды кликните на холсте модели и введите имя блока. Нажмите на имя блока в выпадающем списке, который, кажется, добавляет блок в холст.

    Задайте настройку модели в каждом диалоговом окне блока путем двойного клика на значке блока:

  2. Источник давления представляет насос постоянного давления. В диалоговом окне блока Pressure Source (IL), набор Source type к Constant. Введите 10e5 Па для Pressure differential.

  3. Резервуар устанавливает экологические граничные условия. В блоке Reservoir (IL), набор Reservoir pressure specification к Specified pressure и Reservoir pressure к 0.2 MPa.

  4. От библиотеки Simscape> Fluids перетащите эти блоки к холсту модели.

    БлокПодбиблиотека
    Single-Acting Actuator (IL)Isothermal Liquid> Actuators
    3-Way Directional Valve (IL)Isothermal Liquid> Valves & Orifices> Directional Control Valves
    Multiposition Valve ActuatorIsothermal Liquid> Valve Actuators
    Pressure Relief Valve (IL)Isothermal Liquid> Valves & Orifices> Pressure Control Valves

    Привод преобразовывает энергию, произведенную источником давления в силу перевода. Распределительный клапан и привод клапана регулируют поток на привод.

  5. Соедините блоки как показано на рисунке. Обратите внимание на то, что 3-Way Directional Valve (IL), Pressure Source (IL) и блоки Pressure Relief Valve (IL) основываются их связью с блоком Reservoir (IL).

  6. Установите рабочие давления the Pressure Relief Valve (IL). В параметре Set pressure differential введите 50e5 Па. Это - давление, при котором клапан начинает открываться. В параметре Pressure regulation range, который описывает операционную область значений клапана, вводят 5e5 Па. Давление максимума предохранительного клапана является суммой давления набора и области значений регулирования.

  7. В диалоговом окне блока 3-Way Directional Valve (IL), на вкладке P-A Orifice, устанавливает Spool position at maximum P-A orifice area на 0.01 m. Это - положение золотника клапана, когда путь к потоку P-A полностью открыт. На вкладке A-T Orifice, набор Spool position at maximum A-T orifice area к 0 m.

    Параметр Spool travel between closed and open orifice на вкладке Model parameterization устанавливает расстояние, по которому оба отверстия открываются и близко. В этом значении закрываются оба отверстия.

  8. В блоке Single-Acting Actuator (IL), набор Piston cross-sectional area к 0.001 m2.

  9. От библиотеки Simscape> Foundation Library> Mechanical> Translational Elements добавьте блок Mechanical Translational Reference и соедините ее как показано на рисунке.

    Это фиксирует механическое преобразование регистра Single-Acting Actuator (IL), который представлен портом C. Вал привода, представленный портом R, перемещается относительно этой ссылки.

Добавьте модель загрузки

  1. От библиотеки Simscape> Foundation Library> Mechanical> Translational Elements перетащите эти блоки к холсту модели:

  2. Соедините блоки как показано на рисунке.

    Масса, элементы пружины и демпфера предоставляют базовой модели загрузки с принуждением, инерцией и затуханием.

Добавьте систему управления и контроль

  1. От библиотеки Simulink> Sources перетащите Sine Wave к холсту. Это представляет различный сигнал системе управления, которая в свою очередь регулирует поток, полученный приводом.

  2. От библиотеки Simscape> Utilities перетащите один блок PS-Simulink Converter. Чтобы преобразовать между физическими сигналами Simscape, которые двунаправлены, и Сигналы Simulink, которые однонаправлены, необходимо будет использовать блок Simulink-PS Converter или PS-Simulink Converter.

  3. Соедините блок Sine Wave, блок Simulink-PS Converter, который уже находится на холсте и блоке Multiposition Valve Actuator последовательно, как показано на рисунке.

  4. В диалоговом окне блока Sine Wave, установленном параметр Amplitude на 24. Это значение соответствует номинальному значению сигналов по умолчанию блока Multiposition Valve Actuator.

  5. Перетащите блок Scope из библиотеки Simulink® Sources. Блок Scope позволяет вам быстро смотреть результаты модели.

  6. Соедините блок Single-Acting Actuator (IL), блок PS-Simulink Converter и блок Scope последовательно, как показано на рисунке.

  7. Соедините выходную сторону блока Multiposition Valve Actuator, другого блока PS-Simulink Converter и блока Scope последовательно, как показано на рисунке.

  8. Порт P блока Single-Acting Actuator (IL) выводит физический сигнал положения вала привода относительно Piston initial displacement.

    Блок Multiposition Valve Actuator выводит физический сигнал расстояния открытия клапана относительно Initial position и Push-pin stroke.

Запустите симуляцию

Когда вы запускаете модель, программное обеспечение Simscape оценивает модель, определяет начальные условия симуляции и симулирует модель. Чтобы узнать больше об этом процессе, смотрите Как Моделирование Simscape.

  1. Нажмите на любой блок в модели, например, блок Directional Valve (IL) С 3 путями. Во вкладке Simscape Block нажмите Log Data и выберите Log all Simscape data. Это позволяет вам исследовать значения переменных симуляции в Проводнике Результатов.

  2. Во вкладке Simulink нажмите Run, чтобы запустить модель.

  3. Во вкладке Debug нажмите Simscape> Variable Viewer. Переменное Средство просмотра показывает значения инициализации и приоритеты всех переменных модели. Можно поставить переменные цели и приоритеты во время инициализации для блоков с вкладкой Variables в диалоговом окне блока. Проверьте, что состояние всех переменных является зеленым.

  4. Можно смотреть результаты симуляции несколькими способами. Для быстрой оценки модели используйте блоки Scope.

    Дважды кликните на блоке Scope, соединенном с Multiposition Valve Actuator. Это показывает положение золотника клапана, которое установлено сигналом Multiposition Valve Actuator.

    Увеличивание масштаб, существует маленький скачок в сигнале в начале второго пика.

    Это может быть разрешено путем ограничения размера временного шага решателя:

    1. Откройте диалоговое окно Configuration Parameter. На вкладке Modeling нажмите Model Settings> Model Settings и выберите Solver в левой панели.

    2. Расширьтесь Решатель подробно излагает опцию.

    3. Измените Max step size от auto к 0.01.

    4. Нажмите OK.

    Эта настройка будет использоваться в следующий раз, когда вы запускаете модель.

    Дважды кликните на блоке Scope, соединенном с блоком Single-Acting Actuator (IL). График Scope показывает позицию вала функции давления в полости привода.

    Кажется, что привод не полностью отвечает на сигнал, полученный от блока управления.

  5. Экологическое давление задано в трех местах: в блоке Isothermal Liquid Properties (IL), в блоке Reservoir (IL), и в блоке Single-Acting Actuator (IL). В модели блок Reservoir (IL) установлен в 0,2 МПа, и другие два установлены в 0,101 МПа. В блоке Single-Acting Actuator (IL), набор Environment pressure specification к Specified pressure и набор Environment pressure к 0.2 MPa.

  6. Сохраните и повторно выполните модель.

  7. Проверяйте результаты с Проводником Результатов путем нажатия на любой блок, такие как блок Multiposition Valve Actuator, и выбора Results Explorer во вкладке Simscape Block.

  8. Проводник Результатов показывает каждую переменную в модели, включая внутренние переменные, о которых не может сообщить блок Scope. Нажмите на опцию Single-Acting Actuator (IL) в левой панели. Это показывает график физического сигнала в порте P или положение вала привода. Щелкните плюс рядом с опцией, чтобы видеть переменные, регистрируемые для блока Single-Acting Actuator (IL).

  9. График показывает положение вала в течение прошлых 3,5 секунд симуляции. Чтобы видеть положение вала по целой симуляции, выключите логарифмическое ограничение данных:

    1. Откройте диалоговое окно Configuration Parameter. На вкладке Modeling в панели инструментов Simulink нажмите Model Settings> Model Settings и выберите Simscape в левой панели.

    2. Очистите Limit data points.

    3. Сохраните и повторно выполните модель. Положение вала привода теперь следует за управляющим сигналом.

Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте