Моделирование лучших практик
Правила заземления
Этот раздел содержит рекомендации по использованию специфичных для домена ссылочных блоков (таких как Electrical Reference, Mechanical Translational Reference и так далее) в Simscape™ схемах, а также примеры правильных и неправильных строений.
Добавьте ссылки блоков к своим моделям согласно следующим правилам:
Каждая область требует по крайней мере одного эталонного блока
В пределах физической сети каждая область должен содержать по крайней мере один эталонный блок соответствующего типа. Для примера электромеханическая модель, показанная на следующей схеме, имеет Electrical Reference и Mechanical Rotational Reference блоки, присоединенные к соответствующим схемам.
Каждая схема требует по крайней мере одного опорного блока
Каждая топологически отличная схема в области должна содержать по меньшей мере один эталонный блок. Некоторые блоки, такие как Ideal Transformer, взаимодействуют с двумя частями сети, но не передают информацию об уровнях сигнала относительно блока ссылки. На следующей схеме имеются две отдельные электрические цепи, и блоки Electrical Reference требуются с обеих сторон блока Ideal Transformer.
Следующая схема приведет к ошибке, поскольку в схеме вторичной обмотки отсутствует электрическая ссылка.
Следующая схема, однако, не выдаст ошибку, потому что резистор задает выходное напряжение относительно ссылки заземления.
В цепи разрешено несколько подключений к доменной ссылке
Более одного опорного блока может использоваться в схеме, чтобы задать несколько соединений с областью опорным блоком:
Электрические порты всех блоков, непосредственно связанных с землей, должны быть соединены с блоком Electrical Reference.
Все переводные порты, жестко прижатые к системе координат (заземлению), должны быть соединены с блоком Mechanical Translational Reference.
Все порты вращения, жестко прижатые к системе координат (земле), должны быть соединены с блоком Mechanical Rotational Reference.
Порты всех блоков жидкостей, которые ссылаются на атмосферу (для примера, порты всасывания гидравлических насосов или порты возврата клапанов, цилиндров, трубопроводов, если они считаются непосредственно соединенными с атмосферой), должны быть подключены к соответствующим областям ссылки, таким как блок Hydraulic Reference.
Например, следующая схема правильно указывает два отдельных соединения с электрическим заземлением.
Избегание проблем численной симуляции
Определенные строения блоков физического моделирования могут вызвать числовые трудности или замедлить вашу симуляцию. Когда это происходит, решатель Simscape выдает предупреждение в MATLAB® рабочая область и, если не удается инициализировать, ошибка Simscape.
В электрических схемах общие примеры, которые могут вызвать такое поведение, включают источники напряжения, соединенные параллельно с конденсаторами, индукторы, соединенные последовательно с источниками тока, источники напряжения, соединенные параллельно, и источники тока, соединенные последовательно. Часто причина численной сложности сразу становится очевидной. Для примера два источника напряжения параллельно должны иметь одинаковые значения напряжения; в противном случае порты, соединяющие их, не будут физическими портами. В практических схемах возможны топологии, такие как параллельные источники напряжения, и небольшое различие в их мгновенных напряжениях возможно из-за паразитного последовательного сопротивления.
Примечание
Математически эти топологии приводят к Index-2 differential algebraic equations (ДАУ). Их решение требует двух дифференциаций ограничительных уравнений, и как таковое, численно лучше избегать этих топологий компонентов, где это возможно.
Существует два подхода к решению этих трудностей. Первый - сменить схему на эквивалентную более простую. В примере двух параллельных источников напряжения один источник может быть просто удален. То же самое касается двух последовательных источников тока, причем удаленный заменяется коротким замыканием. Однако для некоторых топологий схем невозможно найти эквивалентный более простой, который решает проблему, и необходим второй подход.
Второй подход состоит в том, чтобы включить небольшие паразитарные сопротивления в компонент. В библиотеке Simscape Foundation блоки Capacitor и Inductor включают такие паразитические условия, так что можно соединить емкости параллельно с источниками напряжения и индукторами последовательно с источниками тока. Если ваша схема не имеет таких топологий, то можно изменить паразитические условия по умолчанию на нули. Обратите внимание, что другие блоки не содержат эти паразитические условия, например, блок Mutual Inductor. Поэтому, если вы хотели соединить первичную индуктивность последовательно с источником тока, вам нужно было бы ввести свою собственную паразитарную проводимость через первичную обмотку.
Пример использования паразитного сопротивления, чтобы избежать проблем численной симуляции
Следующая схема моделирует дифференциатор, который может использоваться как часть контроллера пропорционально-интегрального производного (PID). Можно открыть эту модель, набрав ssc_opamp_differentiator в Командном Окне MATLAB.
Симулируйте модель, и вы увидите, что выход минус производная от входа синусоиды.
Теперь откройте диалоговое окно блока конденсатора C и установите последовательное сопротивление равным нулю. Модель теперь запускается очень медленно и выдает предупреждения о проблемах с переходной инициализацией и управлением размером шага для решения переходного процесса.
Причиной проблем является то, что схема эффективно соединяет источник напряжения параллельно с конденсатором. Это потому, что идеальный операционный усилитель удовлетворяет V+
=
V- , где V+ и V- являются неинвертирующими и инвертирующими входами, соответственно. Это пример, где невозможно заменить схему на эквивалентную более простую, и необходимо ввести паразитное небольшое сопротивление.