Этот краткий обзор может оказаться полезным для построения моделей и понимания ошибок. Дополнительные сведения см. в разделе Как модели Simscape представляют физические системы.
Simscape™ программное обеспечение предоставляет несколько способов моделирования и анализа физических систем в среде Simulink ®. Выполнение моделирования физической модели аналогично моделированию любой модели Simulink. Это предполагает настройку различных параметров моделирования, запуск моделирования и просмотр результатов моделирования. В этом разделе описываются различные аспекты моделирования, относящиеся к моделям Simscape. Особенности моделирования и анализа с отдельными дополнительными продуктами Simscape см. в документации по отдельным дополнительным продуктам.
На этой блок-схеме представлена последовательность моделирования Simscape.
Блок-схема состоит из следующих основных этапов:
Сначала решатель Simscape проверяет конфигурацию модели и записи данных из диалоговых окон блоков.
Все блоки Simscape на схеме должны быть подключены к одной или нескольким физическим сетям.
Для каждой топологически отдельной физической сети на диаграмме требуется ровно один блок конфигурации решателя.
Если модель содержит текучие элементы (такие как двухфазные текучие среды, газ, влажный воздух, изотермическая или термическая жидкость), каждый топологически отдельный контур на диаграмме может содержать блок, определяющий свойства текучей среды для всех блоков, которые соединяются с контуром. Если к контуру не присоединен блок текучей среды, блоки в этом контуре используют текучую среду по умолчанию. Однако более чем один блок текучей среды в контуре генерирует ошибку.
Единицы сигнала, указанные в блоке преобразователя Simulink-PS, должны соответствовать типу ввода, ожидаемому блоком Simscape, подключенным к нему. Например, при вводе входного сигнала для блока «Источник идеальной угловой скорости» укажите единицы измерения угловой скорости, например rad/s или rpm, в блоке Simulink-PS Converter или оставьте его без единиц измерения. Аналогично, единицы измерения, указанные в блоке PS-Simulink Converter, должны соответствовать типу физического сигнала, предоставляемого исходящим портом блока Simscape.
После проверки модели решатель Simscape создает физическую сеть на основе следующих принципов.
Два порта Conserving с прямым подключением имеют одинаковые значения для всех переменных Across (таких как напряжение или угловая скорость).
Любая переменная Сквозной (Through) (например, ток или крутящий момент), передаваемая по линии физического соединения, делится между несколькими компонентами, соединенными ветвями. Для каждой переменной Через (Through) сумма всех ее значений, перетекающих в точку ветвления, равна сумме всех ее значений, перетекающих наружу.
На основе конфигурации сети, значений параметров в диалоговых окнах блоков и глобальных параметров, определяемых свойствами жидкости, решатель Simscape, если применимо, создает систему уравнений для модели.
Эти уравнения содержат системные переменные следующих типов:
Динамические (Dynamic) - временные производные этих переменных появляются в уравнениях. Динамические или дифференциальные переменные добавляют динамику в систему и требуют от решателя использования числовой интеграции для вычисления их значений. Динамические переменные могут создавать независимые или зависимые состояния для моделирования.
Алгебраический (Algebraic) - временные производные 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 данных.
Затем решатель выполняет анализ и удаляет переменные, которые не нужны для решения системы уравнений. После исключения переменной остальные переменные (алгебраические, динамически зависимые и динамически независимые) преобразуются в вектор состояния Simulink модели.
Сведения о просмотре и анализе переменных модели см. в разделе Статистика модели.
Решатель Simscape вычисляет начальные условия только один раз, в начале моделирования (t = 0). В блоке Конфигурация решателя (Solver Configuration) по умолчанию флажок Начать моделирование из устойчивого состояния (Start simulation from steading state) не установлен. Если он выбран в модели, см. раздел Поиск начального устойчивого состояния.
Решатель вычисляет начальные условия, найдя начальные значения для всех системных переменных, которые точно удовлетворяют всем уравнениям модели. На вычисление начальных условий можно повлиять инициализацией переменной на уровне блока, то есть заданием начальных значений приоритета и целевых значений на вкладке «Переменные» диалоговых окон блока. Можно также инициализировать переменные для всей модели из сохраненной рабочей точки.
Значения, указанные при инициализации переменных, являются не фактическими значениями соответствующих переменных, а их целевыми значениями в начале моделирования (t = 0). В зависимости от результатов решения некоторые из этих целей могут быть удовлетворены или не удовлетворены. Решатель сначала пытается удовлетворить высокоприоритетные цели, затем низкоприоритетные:
Сначала решатель пытается найти решение, в котором все высокоприоритетные переменные цели будут точно достигнуты, а низкоприоритетные цели будут аппроксимированы как можно ближе. Если решение найдено на этом этапе, оно удовлетворяет всем высокоприоритетным целям. Некоторые из низкоприоритетных целей также могут быть точно достигнуты, другие приближены.
Если решатель не может найти решение, в точности удовлетворяющее всем высокоприоритетным целям, он выдает предупреждение и переходит на второй этап, где High приоритет смягчен до Low. То есть решатель пытается найти решение, максимально приближая как высокоприоритетные, так и низкоприоритетные цели.
После инициализации переменных и перед моделированием модели можно открыть средство просмотра переменных, чтобы увидеть, какие из целей переменных были удовлетворены. Дополнительные сведения об инициализации переменных на уровне блоков см. в разделе Инициализация переменных.
При установке флажка Начать моделирование из устойчивого состояния (Start simulation from steading state) в блоке Конфигурация решателя (Solver Configuration):
Для моделей, совместимых с формулами уравнений частоты и времени, решатель пытается выполнить синусоидальную инициализацию стационарного состояния. Другими словами, инициализация выполняется с использованием уравнений частоты-времени, а затем моделирование продолжается с использованием фактической формулы уравнения и других опций, выбранных в блоке конфигурации решателя. Дополнительные сведения см. в разделе Режим моделирования частоты и времени.
Если модель не совместима по частоте и времени, решатель пытается найти установившееся состояние, в результате которого входы в систему оставались бы постоянными в течение достаточно длительного времени, начиная с начального состояния, полученного при вычислении начальных условий, описанных в предыдущем разделе. Устойчивое состояние означает, что системные переменные больше не изменяются со временем.
Если установившееся решение успешно, найденное состояние является некоторым установившимся состоянием (в пределах допуска), но не обязательно состоянием, ожидаемым из заданных начальных условий. Затем моделирование начинается с этого устойчивого состояния.
Модель может иметь несколько установившихся состояний. В этом случае решатель выбирает стационарное решение, которое согласуется с целями переменных, заданными при инициализации переменных на уровне блоков. Дополнительные сведения см. в разделе Инициализация переменных.
После вычисления начальных условий или после последующего события (такого как нарушение непрерывности, возникающее, например, при открытии клапана или при жесткой остановке) решатель Simscape выполняет временную инициализацию. Временная инициализация фиксирует все динамические переменные и решает для алгебраических переменных и производных динамических переменных. Целью инициализации переходного процесса является обеспечение согласованного набора начальных условий для следующей фазы, решения переходного процесса.
Наконец, решатель Simscape выполняет временное решение системы уравнений. В переходном решении непрерывные дифференциальные уравнения интегрируются во времени для вычисления всех переменных как функции времени.
Решатель продолжает выполнять моделирование в соответствии с результатами переходного решения до тех пор, пока решатель не встретит событие, такое как пересечение нуля или нарушение непрерывности. Событие может находиться в физической сети или в другом месте модели Simulink. Если решатель обнаруживает событие, решатель возвращается к фазе инициализации переходного процесса, а затем возвращается к решению переходного процесса. Этот цикл продолжается до конца моделирования.