Partage de technologie

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Afin de présenter les étapes de création et de simulation de modèles physiques, voici un exemple de modèle fourni avec simulink.Masse-Ressort-Amortisseur avec ContrôleurPar exemple, la figure ci-dessous montre le modèle établi.

Les étapes détaillées de modélisation physique et d’analyse de simulation sont les suivantes :

Étape 1 : Utiliserssc_nouveau Créer un nouveau modèle

utiliserssc_nouveau  est la meilleure façon de commencer à créer des modèles Simscape™. L'utilisation de cette fonction permet de garantir que les paramètres par défaut recommandés sont utilisés pour le modèle.Quand vous utilisezssc_nouveau , il automatiquement :

• Créez un nouveau modèle Simscape avec les modules nécessaires et couramment utilisés déjà sur le canevas du modèle
• Sélectionnez les paramètres de solveur et de tolérance recommandés
• Activer l'enregistrement des données pour l'ensemble du modèle

dans MATLAB® Dans la fenêtre de ligne de commande, tapez :

ssc_nouveau

Le paramètre de solveur par défaut pour les modèles sans nom nouvellement créés estVariableStepAuto, le modèle contient un bloc Solver Configuration, un bloc Simulink-PS Converter et un bloc PS-Simulink Converter connecté à un bloc Scope.

La section Ressources en bas de la fenêtre du modèle fournit des liens vers des bibliothèques de blocs et des sujets de documentation pertinents.

Étape 2 : Assembler le réseau physique

Pour modéliser votre système, vous ajoutez des blocs au modèle à partir de la bibliothèque Simscape, puis vous connectez les blocs au réseau physique. Dans le schéma que vous créez, les lignes reliant les blocs représentent les connexions physiques qui existent entre les composants du système réel que vous modélisez. En d'autres termes, les diagrammes Simscape simulent la disposition physique du système.

Lors de la construction d'un réseau, il est important d'ajouter des blocs de référence spécifiques au domaine, tels que la référence électrique, la référence de translation mécanique, etc.

1. Ouvrez la bibliothèque Simscape > Foundation Library > Mechanical > Translational Elements.
2. Faites glisser les blocs Masse, Translational Spring, Translational Damper et Mechanical Translational Reference dans la fenêtre du modèle.
3. Connectez les blocs Translational Spring, Translational Damper et Mass au bloc Mechanical Translational Reference, comme indiqué dans l’image ci-dessous.Pour faire pivoter un module, sélectionnez le module et appuyez surCtrl+R。

Pour ajuster la présentation visuelle du modèle, simplifiez les noms des modules Spring et Damper comme indiqué.Pour que le nom du module Mass apparaisse avec Spring et Damper, cliquez avec le bouton droit sur le module Mass et sélectionnezFormat > Afficher le nom du module > Ouvrir。

Étape 3 : Ajuster les paramètres du module et les cibles variables

Simscape Un module représente un composant générique avec des valeurs initiales par défaut pour les paramètres et variables du module. Vous pouvez ajuster ces valeurs en fonction de votre application ou correspondre à la fiche technique du fabricant.

Pour afficher et modifier les valeurs des paramètres du module et les cibles initiales des variables du module, double-cliquez sur le module pour ouvrir sa boîte de dialogue.utiliserParamètresLanguette.

Pour la plupart des blocs Simscape, la boîte de dialogue du bloc contient les mêmes informations et la même disposition que l'inspecteur des propriétés du bloc. Par défaut, la modification d'une valeur dans l'inspecteur des propriétés applique immédiatement la nouvelle valeur.Pour un meilleur contrôle, il est recommandé d'effacer lePostuler automatiquementcase à cocher pour activerréinitialiseretapplication bouton. Ceci est particulièrement utile lorsque vous travaillez avec des modules complexes, car vous pouvez modifier plusieurs paramètres à la fois.Modifiez les valeurs des paramètres pour qu'elles correspondent à la fiche technique du fabricant, affichez l'ensemble et cliquez surapplication .ClairPostuler automatiquementUne fois cochée, la case reste décochée pendant la session MATLAB.

Pour afficher la description d'un module, cliquez dans la boîte de dialogue du moduleDescription Languette.Cet onglet contient égalementCode source Lien. Cliquez sur ce lien pour ouvrir le fichier source Simscape de ce module dans l'éditeur MATLAB.

Si le module n'a pas de paramètres ou de cibles variables pouvant être définis, la boîte de dialogue du module n'a pas de paramètres.Paramètresonglet, seulementDescriptionLanguette.

Pour afficher la documentation d'un module, cliquez sur le point d'interrogation dans le coin supérieur droit de la boîte de dialogue du module.bouton.

Dans ce modèle, vous ajusterez les paramètres qui contrôlent la masse, la rigidité du ressort et le coefficient d'amortissement. Vous spécifierez également la vitesse initiale de la masse en ajustant la cible variable correspondante.

1. Double-cliquez sur le module Spring.ClairPostuler automatiquement case à cocher.VolontéTaux du printempsDéfinir comme400 N/m,puis cliqueapplication。

1. Double-cliquez sur le module Amortisseur.VolontéCoefficient d'amortissementDéfinir comme100 N/(m/s)。

1. Double-cliquez sur le module Masse.VolontéMasseDéfinir comme3.6 kg。

1. Pour spécifier la valeur de vitesse de masse initiale souhaitée, entrez leObjectifs initiauxDévelopper en sectionRapidité .de cette variablePrioritéa été désigné comme "High», ce qui signifie que le solveur tentera de satisfaire exactement cette valeur initiale lors du calcul des conditions initiales pour déterminer le point de départ de la simulation Vérifié.Rapidité case à cocher.existerValeurtype de champ10,puis cliqueapplication。

Étape 4 : Ajouter une source

Vous pouvez utiliser des signaux d'entrée pour piloter des modèles Simscape. Grâce à cette méthode, vous pouvez représenter des effets physiques tels que des forces, des tensions ou des pressions agissant sur un système. Vous pouvez également spécifier d'autres grandeurs qui traversent le système, telles que le courant, le débit massique et le flux thermique. Vous pouvez ajouter des connexions d'entrée de signal à un réseau physique à l'aide de blocs sources Simscape.

Pour ajouter une représentation des forces agissant sur une masse, utilisez le bloc Ideal Force Source.

1. Ouvrez la bibliothèque Simscape > Foundation Library > Mechanical > Mechanical Sources.
2. Ajoutez le bloc Ideal Force Source au schéma. Simplifiez le nom du module comme indiqué.
3. Pour refléter la direction correcte des forces indiquées dans le schéma d'origine, inversez l'orientation du module. Après avoir sélectionné le module Force Source, dans Simulink® barre d'outilsFormatonglet, surarrangementvers le bas, cliquezretourner de haut en bas。
4. Dupliquez le bloc Mechanical Translational Reference en cliquant avec le bouton droit sur le bloc et en le faisant glisser vers un nouvel emplacement. Inversez ensuite l'orientation du nouveau module en utilisant la même méthode que le module Force Source.
5. Connectez le port C du bloc Force Source à ce deuxième bloc Mechanical Translational Reference et le port R au bloc Mass, comme indiqué dans la figure suivante.

Après avoir connecté le réseau physique à la source Simulink, le signal d'entrée représentant la courbe de force est fourni via le port S (voirÉtape 6 : Connectez-vous à Simulink à l'aide du module d'interface ). Un signal positif au port S précisera la force agissant du port C au port R.

Étape 5 : ajouter des capteurs

Vous pouvez mesurer des quantités dans un réseau physique et les utiliser ailleurs dans le modèle. Certaines utilisations courantes de ces grandeurs incluent le retour d'informations pour les algorithmes de contrôle, la modélisation de composants physiques dont le comportement dépend d'autres grandeurs physiques (telles que la résistance dépendant de la température) ou simplement la visualisation des résultats lors d'une simulation.

Vous pouvez mesurer ces grandeurs à l'aide de modules de capteurs, en connectant des capteurs en série ou en parallèle en fonction de la valeur mesurée. Pour mesurer une quantité définie par une variable Through (telle que le courant, le débit, la force), connectez les capteurs en série. Pour mesurer une grandeur définie par la variable Across (telle que tension, pression, vitesse), connectez les capteurs en parallèle.

Pour mesurer la déformation du ressort, connectez un module Ideal Translational Motion Sensor en parallèle avec le ressort.

1. Ouvrez la bibliothèque Simscape > Foundation Library > Mechanical > Mechanical Sensors.
2. Ajoutez le bloc Ideal Translational Motion Sensor au schéma.
3. Pour faire pivoter le module, sélectionnez le module et appuyez surCtrl+R。
4. Connectez le module comme indiqué ci-dessous. Simplifiez le nom du module comme indiqué.

Étape 6 : Connectez-vous à Simulink à l'aide du bloc d'interface

Simscape Les équations du réseau sont résolues simultanément, tandis que les blocs Simulink sont évalués séquentiellement. Des blocs d'interface tels que Simulink-PS Converter et PS-Simulink Converter sont utilisés pour gérer la frontière entre ces deux conventions de modélisation. Vous utilisez des blocs d'interface lorsque les signaux Simulink spécifient des quantités dans un réseau Simscape, ou lorsque vous transmettez des quantités Simscape à Simulink pour la conception de contrôles ou à d'autres fins. Chaque fois que vous connectez un bloc Simulink à un réseau physique Simscape, vous devez utiliser le bloc convertisseur approprié.

Ensuite, vous connecterez le réseau physique au contrôleur construit à partir de blocs Simulink classiques. Tout d'abord, préparez le réseau physique à connecter au signal Simulink :

1. Supprimez le module Portée.

Bien que vous puissiez utiliser des oscilloscopes pour afficher les résultats de simulation, ces oscilloscopes peuvent rendre les schémas fonctionnels plus encombrés.Un moyen plus efficace de visualiser et d'analyser les résultats de simulation consiste à utiliser un explorateur de résultats Simscape tel queÉtape 8 : Afficher les résultats de la simulationdécrit dans.

1. Connectez le port de sortie de signal physique du bloc Simulink-PS Converter au port S du bloc Force Source.
2. Connectez le port de sortie P du bloc Motion Sensor au port d’entrée de signal physique du bloc PS-Simulink Converter.
3. Connectez le bloc de configuration du solveur au circuit et masquez le nom du bloc de convertisseur. Le schéma ressemble maintenant à ceci.

Ensuite, construisez et connectez le contrôleur :

1. Ouvrez la bibliothèque Simulink > Sources et faites glisser le bloc Pulse Generator dans le modèle. Changez le nom du module en Position Command. Définissez les paramètres du module comme indiqué sur la figure.

1. Ouvrez la bibliothèque Simulink > Math Operations et faites glisser le bloc Sum dans le modèle.existerliste de symboles, remplacez le deuxième signe plus par un signe moins, comme indiqué.

1. Ouvrez la bibliothèque Simulink > Continu et faites glisser le bloc Contrôleur PID dans le modèle.installationProportion(P)、Points(I)etDifférentiel(D)Valeurs des paramètres, comme indiqué sur la figure.

1. Connectez les modules comme indiqué dans le schéma ci-dessous.

Les signaux de contrôle Simulink entrent dans le port d'entrée du bloc Simulink-PS Converter, où ils sont convertis en signaux physiques qui pilotent la distribution de force du bloc Ideal Force Source.

Le port de sortie P du bloc Ideal Translational Motion Sensor pour mesurer la déformation du ressort est connecté au bloc PS-Simulink Converter. Ce bloc est utilisé pour convertir les signaux physiques en signaux de retour Simulink pour le contrôleur.

Pour comparer les signaux d'entrée et de retour, connectez-les au visualiseur de signaux :

1. Cliquez avec le bouton droit sur le signal Simulink transmis du bloc Pulse Generator au bloc Sum.Dans le menu contextuel, sélectionnezCréer et connecter une visionneuse > Simulink > Portée。
2. Ensuite, faites un clic droit sur le signal Simulink transmis du bloc PS-Simulink Converter au bloc Sum.Dans le menu contextuel, sélectionnezSe connecter au spectateur > Portée。

Étape 7 : Modèle de simulation

Vous pouvez le faire en cliquant sur le bouton Exécuter dans la barre d'outils Simulink (située en haut de la fenêtre du modèle) ou sur la barre d'outils Waveform Viewer.  pour exécuter la simulation. Le solveur Simscape évalue le modèle, calcule les conditions initiales et exécute la simulation.

Pour exécuter la simulation, cliquez sur la barre d'outils Simulink。

Le visualiseur de forme d'onde affiche une superposition des signaux d'entrée et de retour.

Étape 8 : Afficher les résultats de la simulation

Simscape Results Explorer vous permet d'afficher et d'analyser les données de simulation à l'aide des capacités d'enregistrement de données. Par exemple, vous pouvez comparer deux simulations pour analyser l'impact des changements de masse sur la déformation du ressort.

1. Faites un clic droit sur le module Spring.
2. Dans le menu contextuel, sélectionnezSimscape > Afficher les données de simulation > journal de simulation。

Avis:simlog  est le nom par défaut de la variable d'enregistrement.Si vous utilisezNom de la variable de l'espace de travailSi le paramètre de configuration du modèle modifie le nom de la variable, le menu contextuel répertoriera le nom en tant que variable enregistrée associée au module.

La fenêtre Simscape Results Explorer s'ouvre avec le nœud correspondant au module Spring mis en surbrillance dans le volet de gauche. Le volet de droite affiche un tracé des données de simulation pour les trois variables associées au bloc.

1. existerSpring Sous Nœud, sélectionnez Nœudx . Le volet de droite affiche les données de déformation du ressort tracées au fil du temps.

1. Double-cliquez sur le module Masse.VolontéqualitéDéfinir comme7.2 kg。
2. Exécutez la simulation.
3. Pour recharger les données enregistrées, cliquez sur la barre d'outils de la fenêtre Simscape Results Explorer.Importer des données bouton.Dans la fenêtre contextuelle qui affiche les noms des variables d'enregistrement, cliquez surBien sûr。