Важные шаги для построения физической модели
Обзор рабочего процесса
В таблице перечислены важные основные шаги для создания и симуляции физической модели, а также соответствующие темы документации, которые предоставляют базовую информацию о каждом шаге. Ниже приведены подробные описания шагов.
Рисунок иллюстрирует ключевые шаги рабочего процесса, применяемые к Mass-Spring-Damper с Контроллером примера моделью. Описание шага ниже включает подробные инструкции о том, как создать эту модель.
Шаг 1: Создайте новую модель используя ssc_new
Используя ssc_new является лучшим способом начать создавать Simscape™ модели. Это помогает убедиться, что вы используете рекомендуемые настройки по умолчанию для вашей модели. Когда вы используете ssc_new, это автоматически:
Создает новую модель Simscape с необходимыми и обычно используемыми блоками уже на холсте модели
Выбор рекомендуемых настроек решателя и допуска
Включает регистрацию данных для всей модели
Подробные инструкции
В MATLAB® Командное окно, введите:
Новая модель без названия с установленным по умолчанию решателем VariableStepAuto, содержит блок Solver Configuration, блок Simulink-PS Converter и блок PS-Simulink Converter, соединенный с блоком Scope.
Раздел ресурсов в нижней части окна модели содержит ссылки на соответствующие библиотеки блоков и темы документации.
Шаг 2: Собрать физическую сеть
Чтобы смоделировать систему, вы добавляете блоки из библиотек Simscape в модель, а затем соединяете их в физическую сеть. Линии, соединяющие блоки в созданной схеме, представляют физические соединения, которые существуют между компонентами в реальной системе, которую вы моделируете. Другими словами, схемы Simscape имитируют размещение физической системы.
При построении сети важно включать специфичные для домена эталонные блоки, такие как Electrical Reference, Mechanical Translational Reference и так далее. В зависимости от области эти блоки представляют соединение с землей, системой координат или атмосферой. Для получения дополнительной информации см. Раздел «Правила заземления»
Подробные инструкции
Откройте библиотеку Simscape > Библиотека фундаментов > Mechanical > Translational Elements.
Перетащите блоки Mass, Translational Spring, Translational Damper и Mechanical Translational Reference в окно модели.
Соедините Translational Spring, Translational Damper и Mass блоки с блоком Mechanical Translational Reference, как показано на следующем рисунке. Чтобы повернуть блок, выберите его и нажмите Ctrl+R.
Чтобы настроить визуальное представление модели, сократите имена блоков Spring и Damper, как показано на рисунке. Чтобы иметь имя Mass, блок появляется наряду с Spring и Damper, щелкает правой кнопкой мыши Mass по блоку и, из контекстного меню, выбирает >> .
Шаг 3. Настройте параметры блоков и переменные цели
Блоки Simscape представляют типовые компоненты, которые имеют начальные значения по умолчанию для параметров блоков и переменных. Можно настроить эти значения так, чтобы они подходили для вашего приложения или совпадали с таблицей данных производителя.
Подробные инструкции
В этой модели вы будете регулировать параметры, которые управляют массой, жесткостью пружины и коэффициентом демпфирования. Вы также задаете начальную скорость массы, настраивая соответствующую переменную цель.
Дважды кликните Spring блок. Установите его Spring rate равной 400 N/m.
Дважды кликните Damper блок. Установите его Damping coefficient равной 100 N/(m/s).
Дважды кликните Mass блок. Установите его Mass равной 3.6 kg.
Чтобы задать необходимое начальное значение массовой скорости, щелкните вкладку Variables. Переменная Velocity уже имеет Priority, заданную как High. В поле Beginning Value введите 10, затем нажмите Apply.
Обратите внимание, что теперь установлен флажок Override рядом с переменной Velocity, что означает, что вы переопределили значение инициализации переменной по умолчанию. Эта переменная имеет высокий приоритет, поэтому решатель постарается точно удовлетворить это начальное значение, когда вычисляет начальные условия, чтобы определить начальную точку симуляции.
Шаг 4: Добавить источники
Можно управлять моделями Simscape с помощью входных сигналов. Этот метод позволяет вам представлять физические эффекты, такие как силы, напряжения или давления, которые действуют на вашу систему. Можно также задать другие величины, которые протекают через систему, такие как ток, массовый расход жидкости и тепловой поток. Вы добавляете входные соединения сигнала к физической сети с помощью исходных блоков Simscape.
Подробные инструкции
Чтобы добавить представление силы, действующей на массу, используйте блок Ideal Force Source.
Откройте библиотеку Simscape > Библиотека фундаментов > Mechanical > Mechanical Sources.
Добавьте блок Ideal Force Source к своей схеме. Укоротите имя блока, как показано на рисунке.
Чтобы отразить правильное направление силы, показанной на исходной схеме, разверните ориентацию блока. С выбранным блоком Force Source на вкладке Format Simulink® Панель инструментов, под Arrange нажмите Flip up-down.
Скопируйте Mechanical Translational Reference блок, щелкнув правой кнопкой мыши и перетаскивая его в новое место. Затем разверните ориентацию нового блока, используя тот же метод, что и с Force Source блоком.
Соедините порт C блока Force Source с этим вторым блоком Mechanical Translational Reference и порт R с блоком Mass, как показано ниже.
Входной сигнал для профиля силы будет подан через порт S, после того, как вы соедините физическую сеть с источником Simulink (см. Шаг 6: Подключение к Simulink с интерфейсными блоками). Положительный сигнал в порту S задает силу, которая действует от порта C до порта R.
Шаг 5: Добавить датчики
Можно измерить величины из физической сети и использовать их в других местоположениях в модели. Некоторые общие использования этих величин включают обратную связь для алгоритма управления, моделирование физических компонентов, поведение которых зависит от других физических величин (таких как температурно-зависимый резистор) или просто просмотр результатов во время симуляции.
Вы измеряете величины с помощью блоков датчиков, соединенных последовательно или параллельно в зависимости от измеренного значения. Чтобы измерить величину, заданную переменной Through (такой как ток, скорость потока жидкости, сила), соедините датчик последовательно. Чтобы измерить величину, заданную переменной Across (такое как напряжение, давление, скорость), соедините датчик параллельно. Для получения дополнительной информации о переменных Through и Across, см. «Типы переменных».
Подробные инструкции
Для измерения деформации пружины соедините Ideal Translational Motion Sensor блок параллельно с пружиной.
Откройте библиотеку Simscape > Библиотека фундаментов > Mechanical > Mechanical Sensors.
Добавьте блок Ideal Translational Motion Sensor к своей схеме.
Чтобы повернуть блок, выберите его и нажмите Ctrl+R.
Соедините блок как показано на следующем рисунке. Укоротите имя блока, как показано на рисунке.
Шаг 6: Соединитесь с Simulink с интерфейсными блоками
Уравнения в сети Simscape решаются одновременно, в то время как блоки Simulink оцениваются последовательно. Интерфейсные блоки, такие как Simulink-PS Converter и PS-Simulink Converter, обрабатывают контур между этими двумя соглашениями о моделировании. Блоки интерфейса вам нужны, когда сигналы Simulink задают величины в сети Simscape или когда передают величины Simscape в Simulink для системы управления или других целей. Каждый раз, когда вы соединяете блок Simulink с физической сетью Simscape, вы должны использовать соответствующий блок конвертера.
Подробные инструкции
Теперь вы собираетесь подключить свою физическую сеть к контроллеру, созданному из обычных блоков Simulink. Во-первых, подготовьте физическую сеть, которая будет соединена с сигналами Simulink:
Удалите Scope блок.
В то время как вы можете использовать возможности для просмотра результатов симуляции, они добавляют загромождение к блоку. Более эффективным способом просмотра и анализа результатов симуляции является использование Simscape Results Explorer, как описано в шаге 8: Просмотр результатов симуляции.
Подключите выходной порт физического сигнала блока Simulink-PS Converter к порту S блока Force Source.
Подключите порт выхода P блока Motion Sensor к порту входа физического сигнала блока PS-Simulink Converter.
Соедините Solver Configuration блок с схемой и скрыть имена блоков конвертера. Теперь ваша схема выглядит так.
Затем создайте и подключите контроллер:
Откройте библиотеку Simulink > Sources и перетащите блок Pulse Generator в модель. Измените имя блока на Position Command. Установите параметры блоков как показано на рисунке.
Откройте библиотеку Simulink > Математические Операции и перетащите блок Sum в модель. В List of signs замените второй знак плюс на знак минус, как показано на рисунке.
Откройте библиотеку Simulink > Continuous и перетащите блок PID Controller в модель. Установите Proportional (P), Integral (I) и Derivative (D) значений параметров как показано на рисунке.
Соедините блоки как показано на следующей схеме.
Управляющий сигнал Simulink переходит к входу порту блока Simulink-PS Converter, где преобразуется в физический сигнал, приводящий в действие профиль силы блока Ideal Force Source.
Порт выхода P блока Ideal Translational Motion Sensor, который измеряет деформацию пружины, соединяется с блоком PS-Simulink Converter. Этот блок преобразует физический сигнал в сигнал Simulink с обратной связью для контроллера.
Чтобы сравнить входные и обратные сигналы, соедините их с средством просмотра сигналов:
Щелкните правой кнопкой мыши сигнал Simulink, который переходит от блока Pulse Generator к блоку Sum. В контекстном меню выберите > > .
Затем щелкните правой кнопкой мыши сигнал Simulink, который переходит от блока PS-Simulink Converter к блоку Sum. В контекстном меню выберите > .
Шаг 7: Моделируйте модель
Симуляции выполняются нажатием кнопки Run
на панели инструментов Simulink Toolstrip (в верхней части окна модели) или на панели инструментов Возможностей Средства просмотра. Решатель Simscape оценивает модель, вычисляет начальные условия и запускает симуляцию. Подробное описание этого процесса см. в разделе «Как работает симуляция Simscape». Сообщение в левом нижнем углу окна модели предоставляет обновление статуса.
Подробные инструкции
Чтобы запустить симуляцию, щелкните на панели инструментов Simulink.
Scope Viewer отображает наложенные графики входных и обратных сигналов.
Шаг 8: Просмотр результатов симуляции
Simscape Results Explorer позволяет вам просматривать и анализировать данные моделирования с помощью функциональности логгирования данных. Например, можно сравнить два запусков симуляции, чтобы проанализировать, как изменение массы влияет на деформацию пружины.
Подробные инструкции
Щелкните правой кнопкой мыши блок Spring.
В контекстном меню выберите > > .
Примечание
simlog - имя по умолчанию переменной журнала. Если вы меняете имя переменной с помощью параметра конфигурации Workspace variable name model, в контекстном меню это имя указывается как переменная журнала, связанная с блоком.
Откроется окно Simscape Results Explorer, узел которого соответствует блоку Spring, выделенному на левой панели. На правой панели отображаются графики данных моделирования для трех переменных, сопоставленных с блоком.
Разверните Spring узел и выбор узла x. На правой панели отображаются данные деформации пружины, нанесенные на график с течением времени.
Дважды кликните Mass блок. Установите его Mass равной 7.2 kg.
Перезапустите симуляцию.
Чтобы перезагрузить записанные данные, нажмите
кнопку, расположенную на панели инструментов окна Simscape Results Explorer. Во всплывающем окне с именем переменной нажмите OK.
Примечания
Чтобы автоматически перезагружать данные после каждого запуска симуляции, в диалоговом окне Параметры конфигурации (Configuration Parameters) на панели Simscape установите флажок Open viewer after simulation.
Чтобы исследовать результаты симуляции один за другим, в двух отдельных окнах Simscape Results Explorer, используйте
кнопку после первого запуска симуляции. Дополнительные сведения см. в разделе О Simscape Results Explorer.
