Определение переменной инерции

Моделирование переменной инерции

variable inertia является массовым элементом, масса которого, центр массы или тензор инерции могут варьироваться в течение времени. Переменная инерция включает выкапываемое содержимое блока экскаватора типа обратная лопата, движущихся жителей бума manlift и хлюпающую жидкую загрузку замедляющейся автоцистерны. Вы моделируете переменную инерцию с помощью блока General Variable Mass из библиотеки Body Elements> Variable Mass. Этот блок принимает различные инерционные свойства как константы или переменные. Порты физического сигнала обеспечивают средние значения, чтобы задать переменные свойства.

Жидкая загрузка как переменная инерция

Определение вводов переменной

Можно задать вводы переменной с помощью блоков Simulink^® или Simscape™. Необходимо преобразовать любые Сигналы Simulink в физические сигналы с помощью блока Simulink-PS Converter. Избегайте внезапных изменений, когда они могут увеличить жесткость модели и замедлить симуляцию. Убедитесь, что размерности сигнала соглашаются с портами:

Скаляр для массы (порт m)
Трехэлементный вектор для центра массы (порт com)
Матрица с девятью элементами для тензора инерции (порт I)

Визуализация переменной инерции

Переменная инерция, сопоставленная с блоками General Variable Mass, не имеет никакой геометрии. Необходимо визуализировать эту инерцию как графические маркеры или как эквивалентные эллипсоиды инерции. Размерности эллипсоида и центр геометрии меняются в зависимости от массы, центра массы и тензора инерции, предоставляя эллипсоиды более информативной визуализации модели. Маркеры инерции показывают на обновлении модели и в процессе моделирования. Переменные эллипсоиды инерции показывают в процессе моделирования только. Рисунок показывает визуализацию инерции, представляющую жидкую загрузку, которую несет автоцистерна.

Эквивалентная визуализация эллипсоида инерции

Моделирование взаимодействий тела

Блок General Variable Mass получает инерционные эффекты только. Любые взаимодействия между переменной инерцией и другими компонентами модели должны быть смоделированы явным образом. Примеры взаимодействий включают силы контакта между жидкой загрузкой автоцистерны и окружающим корпусом. Они включают также изменение в импульс, полученный путем удаления продуктов сгорания двигательной установки — например, в морском пехотинце или космическом корабле. Используйте другой Simscape Multibody™, Simscape и блоки Simulink, чтобы получить взаимодействия как они.

Смоделируйте переменно-массовый генератор

Создайте простую модель массово-пружинной системы, чтобы симулировать при постоянно-массовых и переменно-массовых условиях. Модель использует блок General Variable Mass, чтобы представлять контейнер, на который прогрессивно пропускается загрузка песка. Блок Cartesian Joint предоставляет переменно-массовому телу три поступательных степени свободы, несмотря на то, что только один — вдоль вертикального z - оси — релевантен в процессе моделирования. Блок Spring and Damper Force представляет пружинный элемент, который соединяет переменно-массовое тело с лабораторной системой координат.

Создайте блок-схему

В командной строке MATLAB^® войти smnew. Команда открывает шаблон модели с обычно используемыми блоками Simscape Multibody.
Добавьте следующие блоки в холст модели:
- General Variable Mass (Body Elements> Variable Mass)
- Cartesian Joint (Joints)
- Spring and Damper Force (Forces and Torques)
Соедините блоки как показано на рисунке и удалите оставшиеся блоки. Убедитесь, что ориентация блока соединений как показано с портом базовой системы координат, стоящим перед блоком World Frame.
В диалоговом окне блока Spring and Damper Force, установленном параметр Natural Length на 0.2 m и параметр Spring Stiffness к 10 N/m.
В диалоговом окне блока Cartesian Joint расширьте область Z Prismatic Primitive (Pz), установите флажок State Targets> Specify Position Target и установите параметр Value на 0.1 m.

Добавьте обнаружение положения

В диалоговом окне блока Cartesian Joint расширьте область Z Prismatic Primitive (Pz) и установите флажок Sensing> Position. Блок отсоединяет выходной порт физического сигнала с положением системы координат генератора.
Добавьте следующие блоки в холст модели:
- PS-Simulink Converter (Simscape> Foundation Library> Utilities)
- Scope (Simulink> Sinks)
Соедините блоки как показано на рисунке.

Симулируйте с постоянной массой

В диалоговом окне блока General Variable Mass, установленном параметр Type на Custom. Эта опция позволяет вам смоделировать переменное массовое распределение с вращательной инерцией.
Установите Mass, Center of Mass и параметры Inertia Matrix к Constant и Mass> параметр Value к 0.2 kg.
Запустите симуляцию и откройте блок Scope. График показывает положение системы координат переменной массы. Обратите внимание на то, что частота колебания и амплитудное пребывание, постоянное в течение симуляции.

Mechanics Explorer открывается 3-D анимацией модели. Визуализация включает только эллипсоид инерции — здесь сфера из-за симметрии тензора инерции по умолчанию, используемого в модели. В панели меню выберите View> Show Frames, чтобы показать все системы координат в модели. Обратите внимание на то, что размерности эллипсоида остаются постоянными в процессе моделирования, отражая постоянные инерционные свойства, заданные в модели.

Симулируйте с переменной массой

В диалоговом окне блока General Variable Mass, набор Center of Mass и параметры Inertia Matrix каждый к Constant. Порты физического сигнала раньше варьировались, их значения в процессе моделирования становятся скрытыми, оставляя только твердую массу как переменную.
Добавьте эти блоки в холст модели:
- Simulink-PS Converter (Simscape> Foundation Library> Utilities)
- Ramp (Simulink> Sources)
Соедините блоки как показано на рисунке.
В диалоговом окне блока Ramp, установленном параметр Slope на 0.1 и параметр Initial output к 0.2. Сигнал Ramp передается блоку General Variable Mass в единицах Simscape по умолчанию массы, kg. Сигнал соответствует постоянно увеличивающейся массе, которая запускается в 0.2 kg и концы в 1.2 kg после 10-секундной симуляции.
Запустите симуляцию и откройте блок Scope. График положения показывает переменную частоту колебания и амплитуду. Увеличивающаяся масса заставляет частоту колебания увеличиваться и амплитуда, чтобы уменьшиться.

Mechanics Explorer обновляет результаты визуализации. Обратите внимание на то, что уменьшение размерностей эллипсоида как симуляция прогрессирует, отражая их обратную пропорциональность переменной массе.

Документация