Technologieaustausch

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Um die Schritte zum Erstellen und Simulieren physikalischer Modelle vorzustellen, finden Sie hier ein Beispielmodell, das mit Simulink geliefert wird.Masse-Feder-Dämpfer mit ReglerDie folgende Abbildung zeigt beispielsweise das etablierte Modell.

Die detaillierten Schritte der physikalischen Modellierung und Simulationsanalyse lauten wie folgt:

Schritt 1: Verwendungssc_neu Neues Modell erstellen

verwendenssc_neu  ist der beste Weg, mit der Erstellung von Simscape™-Modellen zu beginnen. Durch die Verwendung dieser Funktion wird sichergestellt, dass die empfohlenen Standardeinstellungen für das Modell verwendet werden.Wenn Sie verwendenssc_neu , es automatisch:

• Erstellen Sie ein neues Simscape-Modell mit den erforderlichen und häufig verwendeten Modulen bereits auf der Modellleinwand
• Wählen Sie die empfohlenen Solver- und Toleranzeinstellungen aus
• Aktivieren Sie die Datenprotokollierung für das gesamte Modell

in MATLAB® Geben Sie im Befehlszeilenfenster Folgendes ein:

ssc_neu

Die Standard-Solver-Einstellung für neu erstellte unbenannte Modelle istVariableSchrittAutoenthält das Modell einen Solver-Konfigurationsblock, einen Simulink-PS-Konverterblock und einen PS-Simulink-Konverterblock, der mit einem Scope-Block verbunden ist.

Der Abschnitt „Ressourcen“ unten im Modellfenster bietet Links zu relevanten Blockbibliotheken und Dokumentationsthemen.

Schritt 2: Bauen Sie das physische Netzwerk zusammen

Um Ihr System zu modellieren, fügen Sie dem Modell Blöcke aus der Simscape-Bibliothek hinzu und verbinden die Blöcke dann mit dem physischen Netzwerk. In dem von Ihnen erstellten Schaltplan stellen die Linien, die Blöcke verbinden, die physischen Verbindungen dar, die zwischen Komponenten im tatsächlichen System, das Sie modellieren, bestehen. Mit anderen Worten: Simscape-Diagramme simulieren den physischen Systemaufbau.

Beim Aufbau eines Netzwerks ist es wichtig, domänenspezifische Referenzblöcke hinzuzufügen, z. B. elektrische Referenz, mechanische Übersetzungsreferenz usw.

1. Öffnen Sie die Bibliothek „Simscape > Foundation Library > Mechanical > Translational Elements“.
2. Ziehen Sie die Blöcke Masse, Translationsfeder, Translationsdämpfer und Mechanische Translationsreferenz in das Modellfenster.
3. Verbinden Sie die Blöcke „Translational Spring“, „Translational Damper“ und „Masse“ mit dem Block „Mechanical Translational Reference“, wie in der Abbildung unten gezeigt.Um ein Modul zu drehen, wählen Sie das Modul aus und drücken SieStrg+R。

Um die visuelle Darstellung des Modells anzupassen, vereinfachen Sie die Namen der Feder- und Dämpfermodule wie gezeigt.Damit der Name des Massenmoduls sowohl bei Feder als auch bei Dämpfer angezeigt wird, klicken Sie mit der rechten Maustaste auf das Massenmodul und wählen Sie es ausFormat > Modulname anzeigen > Offen。

Schritt 3: Modulparameter und variable Ziele anpassen

Simscape Ein Modul stellt eine generische Komponente mit Standardanfangswerten für Modulparameter und -variablen dar. Diese Werte können Sie individuell an Ihre Anwendung anpassen oder mit dem Datenblatt des Herstellers abgleichen.

Um die Modulparameterwerte und anfänglichen Ziele für Modulvariablen anzuzeigen und zu ändern, doppelklicken Sie auf das Modul, um dessen Dialogfeld zu öffnen.verwendenEinstellungenTab.

Bei den meisten Simscape-Blöcken enthält das Blockdialogfeld dieselben Informationen und dasselbe Layout wie der Blockeigenschafteninspektor. Standardmäßig wird beim Ändern eines Werts im Eigenschafteninspektor der neue Wert sofort angewendet.Zur besseren Kontrolle wird empfohlen, das zu löschenAutomatisch bewerbenKontrollkästchen zum AktivierenzurücksetzenUndAnwendung Taste. Dies ist besonders nützlich, wenn Sie mit komplexen Modulen arbeiten, da Sie mehrere Parameter gleichzeitig ändern können.Ändern Sie die Parameterwerte so, dass sie mit dem Datenblatt des Herstellers übereinstimmen, sehen Sie sich den gesamten Satz an und klicken SieAnwendung .KlarAutomatisch bewerbenSobald das Kontrollkästchen aktiviert ist, bleibt es während der MATLAB-Sitzung deaktiviert.

Um eine Beschreibung eines Moduls anzuzeigen, klicken Sie im Moduldialogfeld aufBeschreibung Tab.Diese Registerkarte enthält auchQuellcode Verknüpfung. Klicken Sie auf diesen Link, um die Simscape-Quelldatei für dieses Modul im MATLAB-Editor zu öffnen.

Wenn das Modul keine Parameter oder Variablenziele hat, die eingestellt werden können, ist das Moduldialogfeld nicht vorhandenEinstellungenTab, nurBeschreibungTab.

Um die Dokumentation für ein Modul anzuzeigen, klicken Sie auf das Fragezeichen in der oberen rechten Ecke des ModuldialogfeldsTaste.

In diesem Modell passen Sie die Parameter an, die Masse, Federsteifigkeit und Dämpfungskoeffizienten steuern. Sie geben außerdem die Anfangsgeschwindigkeit der Masse an, indem Sie die entsprechende Zielvariable anpassen.

1. Doppelklicken Sie auf das Spring-Modul.KlarAutomatisch bewerben Kontrollkästchen.WilleFederrateFestlegen als400 N/m,dann klickAnwendung。

1. Doppelklicken Sie auf das Damper-Modul.WilleDämpfungskoeffizientFestlegen als100 N/(m/s)。

1. Doppelklicken Sie auf das Massenmodul.WilleMasseFestlegen als3.6 kg。

1. Um den gewünschten anfänglichen Massengeschwindigkeitswert anzugeben, geben Sie einErste ZieleErweitern Sie den AbschnittGeschwindigkeit .dieser VariablenPrioritätwurde bezeichnet als „High“, was bedeutet, dass der Löser versucht, diesen Anfangswert genau zu erfüllen, wenn er die Anfangsbedingungen berechnet, um den Startpunkt der Simulation zu bestimmenGeschwindigkeit Kontrollkästchen.existierenWertFeldtyp10,dann klickAnwendung。

Schritt 4: Quelle hinzufügen

Sie können Eingangssignale verwenden, um Simscape-Modelle anzusteuern. Mit dieser Methode können Sie physikalische Effekte wie Kräfte, Spannungen oder Drücke darstellen, die auf ein System wirken. Sie können auch andere Größen angeben, die durch das System fließen, z. B. Strom, Massenstrom und Wärmefluss. Mithilfe von Simscape-Quellblöcken können Sie Signaleingangsverbindungen zu einem physischen Netzwerk hinzufügen.

Um eine Darstellung der auf eine Masse wirkenden Kräfte hinzuzufügen, verwenden Sie den Block „Ideale Kraftquelle“.

1. Öffnen Sie die Bibliothek „Simscape > Foundation Library > Mechanical > Mechanical Sources“.
2. Fügen Sie den Block Ideal Force Source zum Schaltplan hinzu. Vereinfachen Sie den Modulnamen wie gezeigt.
3. Um die korrekte Richtung der im Originalschaltbild gezeigten Kräfte wiederzugeben, kehren Sie die Modulausrichtung um. Nach Auswahl des Force Source-Moduls in Simulink® SymbolleisteFormatTab, aufAnordnungnach unten, klickennach oben und unten klappen。
4. Duplizieren Sie den Block „Mechanical Translational Reference“, indem Sie mit der rechten Maustaste auf den Block klicken und ihn an eine neue Position ziehen. Drehen Sie dann die Ausrichtung des neuen Moduls mit der gleichen Methode wie beim Force Source-Modul um.
5. Verbinden Sie Port C des Force Source-Blocks mit diesem zweiten Mechanical Translational Reference-Block und Port R mit dem Mass-Block, wie in der folgenden Abbildung dargestellt.

Nach der Verbindung des Physiknetzwerks mit der Simulink-Quelle wird das Eingangssignal, das die Kraftkurve darstellt, über Port S bereitgestellt (sieheSchritt 6: Stellen Sie über das Schnittstellenmodul eine Verbindung zu Simulink her ). Ein positives Signal an Anschluss S gibt die Kraft an, die von Anschluss C nach Anschluss R wirkt.

Schritt 5: Sensoren hinzufügen

Sie können Größen in einem physischen Netzwerk messen und an anderer Stelle im Modell verwenden. Zu den häufigen Verwendungszwecken dieser Größen gehören die Rückmeldung für Steueralgorithmen, die Modellierung physikalischer Komponenten, deren Verhalten von anderen physikalischen Größen abhängt (z. B. temperaturabhängiger Widerstand), oder einfach die Anzeige von Ergebnissen während einer Simulation.

Sie können diese Größen mithilfe von Sensormodulen messen, indem Sie Sensoren je nach Messwert in Reihe oder parallel schalten. Um eine durch eine Durchgangsvariable definierte Größe (z. B. Strom, Durchfluss, Kraft) zu messen, schalten Sie Sensoren in Reihe. Um eine durch die Across-Variable definierte Größe (z. B. Spannung, Druck, Geschwindigkeit) zu messen, schließen Sie Sensoren parallel an.

Um die Federverformung zu messen, schließen Sie ein Ideal Translational Motion Sensor-Modul parallel zur Feder an.

1. Öffnen Sie die Bibliothek Simscape > Foundation Library > Mechanical > Mechanical Sensors.
2. Fügen Sie den Block „Ideal Translational Motion Sensor“ zum Schaltplan hinzu.
3. Um das Modul zu drehen, wählen Sie das Modul aus und drücken SieStrg+R。
4. Schließen Sie das Modul wie unten gezeigt an. Vereinfachen Sie den Modulnamen wie gezeigt.

Schritt 6: Stellen Sie über den Schnittstellenblock eine Verbindung zu Simulink her

Simscape Gleichungen im Netzwerk werden gleichzeitig gelöst, während Simulink-Blöcke nacheinander ausgewertet werden. Schnittstellenblöcke wie Simulink-PS Converter und PS-Simulink Converter werden verwendet, um die Grenze zwischen diesen beiden Modellierungskonventionen zu bewältigen. Sie verwenden Schnittstellenblöcke, wenn Simulink-Signale Größen in einem Simscape-Netzwerk angeben oder wenn Sie Simscape-Größen für Steuerungsdesign oder andere Zwecke an Simulink übergeben. Jedes Mal, wenn Sie einen Simulink-Block mit einem physischen Simscape-Netzwerk verbinden, müssen Sie den entsprechenden Konverterblock verwenden.

Als Nächstes verbinden Sie das physische Netzwerk mit dem Controller, der aus regulären Simulink-Blöcken besteht. Bereiten Sie zunächst das physische Netzwerk vor, das mit dem Simulink-Signal verbunden werden soll:

1. Entfernen Sie das Scope-Modul.

Während Sie Oszilloskope zum Anzeigen von Simulationsergebnissen verwenden können, können diese Oszilloskope dazu führen, dass Blockdiagramme unübersichtlicher werden.Eine effizientere Möglichkeit, Simulationsergebnisse anzuzeigen und zu analysieren, ist die Verwendung eines Simscape Results Explorers wie zSchritt 8: Simulationsergebnisse anzeigenbeschrieben in.

1. Verbinden Sie den physischen Signalausgangsport des Simulink-PS-Konverterblocks mit Port S des Force Source-Blocks.
2. Verbinden Sie den Ausgangsport P des Bewegungssensorblocks mit dem physischen Signaleingangsport des PS-Simulink-Konverterblocks.
3. Verbinden Sie den Solver-Konfigurationsblock mit der Schaltung und blenden Sie den Namen des Konverterblocks aus. Der Schaltplan sieht jetzt so aus.

Dann bauen und verbinden Sie den Controller:

1. Öffnen Sie die Bibliothek Simulink > Sources und ziehen Sie den Pulse Generator-Block in das Modell. Ändern Sie den Modulnamen in Position Command. Stellen Sie die Modulparameter wie in der Abbildung gezeigt ein.

1. Öffnen Sie die Bibliothek Simulink > Math Operations und ziehen Sie den Sum-Block in das Modell.existierenSymbollisteErsetzen Sie das zweite Pluszeichen wie gezeigt durch ein Minuszeichen.

1. Öffnen Sie die Bibliothek Simulink > Continuous und ziehen Sie den PID-Controller-Block in das Modell.aufstellenAnteil (P)、Punkte(I)UndDifferential(D)Parameterwerte, wie in der Abbildung dargestellt.

1. Verbinden Sie die Module wie im Schema unten gezeigt.

Steuer-Simulink-Signale gelangen in den Eingangsport des Simulink-PS-Konverterblocks, wo sie in physikalische Signale umgewandelt werden, die die Kraftverteilung des Ideal Force Source-Blocks steuern.

Der Ausgangsport P des Ideal Translational Motion Sensor-Blocks zur Messung der Federverformung ist mit dem PS-Simulink Converter-Block verbunden. Dieser Block wird verwendet, um physikalische Signale in Feedback-Simulink-Signale für die Steuerung umzuwandeln.

Um Eingangs- und Rückmeldesignale zu vergleichen, verbinden Sie diese mit dem Signalbetrachter:

1. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf das Simulink-Signal, das vom Pulse Generator-Block an den Sum-Block weitergeleitet wird.Wählen Sie im Kontextmenü ausViewer erstellen und verbinden > Simulink > Umfang。
2. Klicken Sie dann mit der rechten Maustaste auf das Simulink-Signal, das vom PS-Simulink-Konverterblock an den Sum-Block übergeben wird.Wählen Sie im Kontextmenü ausMit Viewer verbinden > Umfang。

Schritt 7: Simulationsmodell

Sie können dies tun, indem Sie in der Simulink-Symbolleiste (oben im Modellfenster) oder in der Waveform Viewer-Symbolleiste auf die Schaltfläche „Ausführen“ klicken.  um die Simulation auszuführen. Der Simscape-Solver wertet das Modell aus, berechnet Anfangsbedingungen und führt die Simulation aus.

Um die Simulation auszuführen, klicken Sie in der Simulink-Symbolleiste auf。

Der Wellenform-Viewer zeigt eine Überlagerung der Eingangs- und Rückkopplungssignale an.

Schritt 8: Simulationsergebnisse anzeigen

Mit dem Simscape Results Explorer können Sie Simulationsdaten mithilfe von Datenprotokollierungsfunktionen anzeigen und analysieren. Sie können beispielsweise zwei Simulationsläufe vergleichen, um zu analysieren, wie sich Massenänderungen auf die Federverformung auswirken.

1. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf das Spring-Modul.
2. Wählen Sie im Kontextmenü ausSimscape > Simulationsdaten anzeigen > simlog。

Beachten:simlog  ist der Standardname der Datensatzvariablen.Bei VerwendungName der ArbeitsbereichsvariablenWenn der Modellkonfigurationsparameter den Variablennamen ändert, listet das Kontextmenü den Namen als aufgezeichnete Variable auf, die dem Modul zugeordnet ist.

Das Fenster „Simscape Results Explorer“ wird geöffnet und der Knoten, der dem Spring-Modul entspricht, wird im linken Bereich hervorgehoben. Im rechten Bereich wird ein Diagramm der Simulationsdaten für die drei mit dem Block verknüpften Variablen angezeigt.

1. existierenSpring Wählen Sie unter Knoten die Option Knoten ausx . Im rechten Bereich werden über die Zeit aufgetragene Federverformungsdaten angezeigt.

1. Doppelklicken Sie auf das Massenmodul.WilleQualitätFestlegen als7.2 kg。
2. Führen Sie die Simulation aus.
3. Um protokollierte Daten neu zu laden, klicken Sie in der Symbolleiste des Simscape-Ergebnis-Explorer-Fensters auf .Daten importieren Taste.Klicken Sie im Popup-Fenster, in dem die Namen der Datensatzvariablen angezeigt werden, aufSicher。