Моделирование лучшых практик
Основание правил
Этот раздел содержит инструкции для использования проблемно-ориентированных ссылочных блоков (таких как Electrical Reference, Mechanical Translational Reference, и так далее) в схемах Simscape™, наряду с примерами правильных и неправильных настроек.
Добавьте ссылочные блоки в свои модели согласно следующим правилам:
Каждая область требует по крайней мере Одного ссылочного блока
Каждая схема требует по крайней мере Одного ссылочного блока
Каждая область требует по крайней мере Одного ссылочного блока
В физической сети каждая область должна содержать по крайней мере один ссылочный блок соответствующего типа. Например, электромеханическая модель, показанная в следующей схеме, имеет и Electrical Reference и блоки Mechanical Rotational Reference, присоединенные к соответствующим схемам.
Каждая схема требует по крайней мере Одного ссылочного блока
Каждая топологически отличная схема в области должна содержать по крайней мере один ссылочный блок. Некоторые блоки, такие как Ideal Transformer, соединяют интерфейсом с двумя частями сети, но не сообщают об уровнях сигнала относительно ссылочного блока. В следующей схеме существует две отдельных электрических схемы, и блоки Electrical Reference требуются с обеих сторон блока Ideal Transformer.
Следующая схема произвела бы ошибку, потому что она испытывает недостаток в электрической ссылке в схеме вторичной обмотки.
Следующая схема, однако, не произведет ошибку, потому что резистор задает выходное напряжение относительно наземной ссылки.
Многочисленные связи к доменной ссылке позволены в схеме
Больше чем один ссылочный блок может использоваться в схеме, чтобы задать многочисленные связи к доменной ссылке:
Электрические порты сохранения всех блоков, которые непосредственно соединяются с землей, должны быть соединены с блоком Electrical Reference.
Все поступательные порты, которые твердо фиксируются к системе координат (земля), должны быть соединены с блоком a Mechanical Translational Reference.
Все вращательные порты, которые твердо фиксируются к системе координат (земля), должны быть соединены с блоком Mechanical Rotational Reference.
Сохранение портов всех блоков жидкостей, на которые ссылаются к атмосфере (например, порты всасывания гидравлических насосов, или возвращают порты клапанов, цилиндров, конвейеров, если они рассматриваются непосредственно соединенными с атмосферой) должно быть соединено с соответствующей доменной ссылкой, такой как блок Hydraulic Reference.
Например, следующая схема правильно указывает на две отдельных связи с электрической землей.
Предотвращение числовых проблем симуляции
Определенные настройки физических блоков моделирования могут вызвать числовые трудности или замедлить вашу симуляцию. Когда это происходит, решатель Simscape выдает предупреждение в рабочей области MATLAB® и, если этому не удается инициализировать, ошибка Simscape.
В электрических схемах типичные примеры, которые могут вызвать это поведение, включают источники напряжения, соединенные параллельно с конденсаторами, индукторами, соединенными последовательно с текущими источниками, источники напряжения, соединенные параллельно и текущие источники, соединенные последовательно. Часто, причина числовой трудности сразу очевидна. Например, два источника напряжения параллельно должны иметь идентичные значения напряжения; в противном случае порты, соединяющие их, не были бы физическими портами сохранения. В практических схемах топология, такая как параллельные источники напряжения является возможной, и небольшой разницей в своих мгновенных напряжениях, возможно из-за паразитного серийного сопротивления.
Примечание
Математически, эта топология приводит к Index-2 differential algebraic equations (ДАУ). Их решение требует двух дифференцирований уравнений ограничений и, как таковое, численно лучше избежать этой топологии компонента, если это возможно.
Существует два подхода к решению этих трудностей. Первое должно изменить схему в эквивалентную более простую. В примере двух параллельных источников напряжения может быть просто удален один источник. То же самое применяется к двум рядам текущие источники, удаленный, заменяемый коротким замыканием. Для некоторой топологии схемы, однако, не возможно найти эквивалентное более простое, которое разрешает проблему, и второй подход необходим.
Второй подход должен включать маленькие паразитные сопротивления в компонент. В библиотеке Simscape Foundation Capacitor и блоки Inductor включают такие паразитные условия, так, чтобы можно было соединить емкости параллельно с источниками напряжения и индукторами последовательно с текущими источниками. Если ваша схема не имеет никакой подобной топологии, то можно изменить паразитные условия по умолчанию, чтобы обнулить. Обратите внимание на то, что другие блоки не содержат эти паразитные условия, например, блок Mutual Inductor. Поэтому, если бы вы хотели соединить взаимный индуктор, первичный последовательно с текущим источником, необходимо было бы ввести собственную паразитную проводимость через первичную обмотку.
Пример Использования паразитного сопротивления, чтобы избежать числовых проблем симуляции
Следующая схема моделирует дифференциатор, который может использоваться в качестве части контроллера Пропорциональной Интегральной Производной (PID). Можно открыть эту модель путем ввода ssc_opamp_differentiator в командном окне MATLAB.
Симулируйте модель, и вы будете видеть, что выход минус производная входной синусоиды.
Теперь откройте конденсаторное диалоговое окно блока C и обнулите серийное сопротивление. Модель теперь запускается очень медленно и выдает предупреждения о проблемах с переходной инициализацией, и управление размером шага для переходного процесса решают.
Причина проблем состоит в том, что схема эффективно соединяет источник напряжения параллельно с конденсатором. Это вызвано тем, что идеальный операционный усилитель удовлетворяет V+
=
V- , где V+ и V- неинвертирование и инвертирование входных параметров, соответственно. Это - пример, где не возможно заменить схему на эквивалентную более простую, и должно быть введено паразитное маленькое сопротивление.