Создание и симуляция простой модели

Создание Simscape

В этом примере вы собираетесь смоделировать простую механическую систему и наблюдать за ее поведением при различных условиях. Это руководство иллюстрирует важные шаги к созданию физической модели и знакомит вас с использованием основных блоков Simscape™.

Примечание

Для методов времени и продвинутых способов анализа данных симуляции смотрите руководство «Основные шаги для построения физической модели».

Следующая схема представляет простую модель подвески автомобиля. Она состоит из пружины и демпфера, соединённых с телом (представленным в виде массы), которое перемешивается силой. Можно изменить параметры модели, такие как жесткость пружины, масса тела или профиль силы, и просмотреть результирующие изменения скорости и положения тела.

Чтобы создать эквивалентную схему Simscape, выполните следующие шаги:

  1. Откройте Simulink® Браузер библиотек, как описано в Simscape Библиотеки Блоков.

  2. Создайте новую модель Simulink с помощью шаблона Blank Model. Программа создает пустую модель в памяти и отображает ее в новом окне редактора моделей.

    Примечание

    Кроме того, можно вводить ssc_new в MATLAB® Командная строка, для создания новой модели, предварительно заполненной определенными необходимыми и обычно используемыми блоками. Для получения дополнительной информации смотрите Создание новой модели Simscape.

  3. По умолчанию Редактор скрывает автоматические имена блоков в диаграммах модели. Чтобы отобразить скрытые имена блоков в целях обучения, снимите флажок Hide Automatic Block Names. Для получения дополнительной информации см. раздел «Управление именами блоков и портами».

  4. Откройте библиотеку Simscape > Библиотека фундаментов > Mechanical > Translational Elements.

  5. Перетащите Mass, Translational Spring, Translational Damper и два блока Mechanical Translational Reference в окно модели.

  6. Ориентируйте блоки как показано на следующем рисунке. Чтобы повернуть блок, выберите его и нажмите Ctrl+R.

  7. Соедините Translational Spring, Translational Damper и Mass блоки с одним из блоков Mechanical Translational Reference, как показано на следующем рисунке.

  8. Чтобы добавить представление силы, действующей на массив, откройте библиотеку Simscape > Библиотека фундаментов > Mechanical > Mechanical Sources и добавьте Ideal Force Source блок к схеме.

    Чтобы отразить правильное направление силы, показанной на исходной схеме, разверните ориентацию блока. Когда выбран Ideal Force Source блок, на вкладке Format в верхней части окна модели, под Arrange, нажмите Flip up-down. Подключите порт блока C (для «случая») ко второму блоку Mechanical Translational Reference и его порт R (для «штока») к блоку Mass, как показано ниже.

  9. Добавьте датчик для измерения скорости и положения массы. Поместите блок Ideal Translational Motion Sensor из библиотеки Mechanical Sensors в схему и соедините его как показано ниже.

  10. Теперь необходимо добавить источники и возможности. Они находятся в библиотеках Simulink. Откройте библиотеку Simulink > Sources и скопируйте блок Signal Builder в модель. Затем откройте библиотеку Simulink > Sinks и скопируйте два блока Scope. Переименуйте один из блоков Scope в Velocity и другой, чтобы Position.

  11. Каждый раз, когда вы соединяете источник Simulink или возможности с схемой Simscape, вы должны использовать соответствующий блок конвертера, чтобы преобразовать сигналы Simulink в физические сигналы и наоборот. Откройте библиотеку Simscape > Utilities и скопируйте в модель блок Simulink-PS Converter и два блока PS-Simulink Converter. Соедините блоки как показано ниже.

  12. Каждая топологически отличная физическая сеть в схеме требует ровно одного Solver Configuration блока, найденного в библиотеке Simscape > Utilities. Скопируйте этот блок в свою модель и соедините его с схемой путем создания точки ветви и соединения его с единственным портом блока Solver Configuration. Теперь ваша схема должна выглядеть так.

  13. Теперь ваш блок завершён. Сохраните его как mech_simple.

Изменение начальных настроек

После того, как вы собрали блок вашей модели, как описано в предыдущем разделе, необходимо выбрать решатель и предоставить правильные значения параметров конфигурации.

Чтобы подготовиться к симуляции модели, выполните следующие шаги:

  1. Выберите решатель Simulink. В окне модели откройте вкладку Modeling и нажмите Model Settings. Откроется диалоговое окно Параметры конфигурации (Configuration Parameters), в котором отображается панель Solver.

    В разделе Solver selection установите Solver равным ode23t (mod.stiff/Trapezoidal).

    Разверните Solver details и установите Max step size равным 0.2.

    Кроме того, обратите внимание, что Simulation time задано в диапазоне от 0 до 10 секунд. Вы можете настроить эту настройку позже, при необходимости.

    Нажмите кнопку OK, чтобы закрыть диалоговое окно Параметры конфигурации (Configuration Parameters).

  2. Сохраните модель.

Выполнение симуляции

После того, как вы собрали блок схему и указали начальные настройки для вашей модели, можно запустить симуляцию.

  1. Входной сигнал для силы обеспечивается блоком Signal Builder. Профиль сигнала показан на рисунке ниже. Он начинается со значения 0, затем на 4 секунде происходит изменение шага на 1, а затем он меняется назад на 0 на 6 секундах. Это профиль по умолчанию.

    Область возможностей скорости выводит массовую скорость, а возможности положения выводят перемещение массы как функцию времени. Дважды кликните обеих возможности, чтобы открыть их.

  2. Нажмите кнопку. Решатель Simscape оценивает модель, вычисляет начальные условия и запускает симуляцию. Подробное описание этого процесса см. в разделе «Как работает симуляция Simscape». Выполнение этого шага может занять несколько секунд. Сообщение в левом нижнем углу окна модели предоставляет обновление статуса.

  3. Когда симуляция начинает выполняться, окна возможности скорости и положения отображают результаты симуляции, как показано на следующем рисунке.

    В начале масса находится в состоянии покоя. Затем в 4 секунды, когда входной сигнал изменяется резко, массовая скорость колеблется в положительном направлении и постепенно возвращается к нулю. Положение массы в то же время изменяется более постепенно, из-за инерции и демпфирования, и остается на новом значении, пока сила действует на него. На 6 секунде, когда входной сигнал изменяется назад на нуль, скорость получает спик зеркала, и масса постепенно возвращается в исходное положение.

Теперь можно настроить различные входы и параметры блоков и увидеть их эффект на массовую скорость и перемещение.

Корректировка параметров

После запуска начальной симуляции можно экспериментировать с корректировкой различных входов и параметров блоков.

Попробуйте следующие корректировки:

  1. Измените профиль силы.

  2. Измените параметры модели.

  3. Измените выходные модули положения массы.

Изменение профиля силы

Этот пример показывает, как изменение входного сигнала влияет на профиль силы, и, следовательно, на перемещение массы.

  1. Дважды кликните блок Signal Builder, чтобы открыть его.

  2. Щелкните первый вертикальный сегмент профиля сигнала и перетащите его в интервал от 4 до 2 секунд, как показано ниже. Закройте диалоговое окно блока.

  3. Запустите симуляцию. Результаты симуляции показаны на следующем рисунке.

Изменение параметров модели

В нашей модели сила действует на массу против поступательной пружины и демпфера, соединенных параллельно. Этот пример показывает, как изменения жесткости пружины и вязкости демпфера влияют на перемещение массы.

  1. Дважды кликните Translational Spring блок. Установите его Spring rate равной 2000 N/m.

  2. Запустите симуляцию. Увеличение жесткости пружины приводит к меньшей амплитуде перемещения массы, как показано на следующем рисунке.

  3. Далее дважды кликните блок Translational Damper. Установите его Damping coefficient равной 500 N/(m/s).

  4. Запустите симуляцию. Из-за увеличения вязкости масса медленнее как при достижении своего максимального смещения, так и при возвращении в исходное положение, как показано на следующем рисунке.

Изменение выходных модулей положения массы

В нашей модели мы использовали блок PS-Simulink Converter в его строении параметра по умолчанию. Поэтому Position возможности выводит перемещение массы в единицах измерения длины по умолчанию, то есть в метрах. В этом примере показано, как изменить выходные модули для перемещения массы на миллиметры.

  1. Дважды кликните блок Converter1 PS-Simulink. Тип mm в поле со списком Output signal unit и нажмите OK.

  2. Запустите симуляцию. В Position Возможностями окне щелкните, чтобы автоматически изменить масштаб осей возможностей. Перемещение массы теперь выводится в миллиметрах, как показано на следующем рисунке.

Похожие темы

Документация Simscape

Поддержка

Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте