Condivisione della tecnologia

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Per introdurre le fasi di costruzione e simulazione dei modelli fisici, ecco un modello di esempio fornito con simulink.Ammortizzatore massa-molla con regolatoreAd esempio, la figura seguente mostra il modello stabilito.

Le fasi dettagliate di modellazione fisica e analisi della simulazione sono le seguenti:

Passaggio 1: utilizzaressc_nuovo Crea nuovo modello

utilizzossc_nuovo  è il modo migliore per iniziare a costruire modelli Simscape™. L'uso di questa funzione aiuta a garantire che vengano utilizzate le impostazioni predefinite consigliate per il modello.Quando usissc_nuovo , automaticamente:

• Crea un nuovo modello Simscape con i moduli necessari e comunemente utilizzati già nell'area di disegno del modello
• Selezionare il risolutore e le impostazioni di tolleranza consigliati
• Abilita la registrazione dei dati per l'intero modello

in MATLAB® Nella finestra della riga di comando, digitare:

ssc_nuovo

L'impostazione predefinita del risolutore per i modelli senza nome appena creati èVariabilePassoAuto, il modello contiene un blocco Configurazione risolutore, un blocco Convertitore Simulink-PS e un blocco Convertitore PS-Simulink collegato a un blocco Oscilloscopio.

La sezione Risorse nella parte inferiore della finestra del modello fornisce collegamenti alle librerie di blocchi e agli argomenti della documentazione pertinenti.

Passaggio 2: assemblare la rete fisica

Per modellare il tuo sistema, aggiungi blocchi al modello dalla libreria Simscape e quindi connetti i blocchi alla rete fisica. Nello schema creato, le linee che collegano i blocchi rappresentano le connessioni fisiche esistenti tra i componenti del sistema reale che stai modellando. In altre parole, i diagrammi Simscape simulano il layout del sistema fisico.

Quando si costruisce una rete, è importante aggiungere blocchi di riferimento specifici del dominio, come riferimento elettrico, riferimento traslazionale meccanico, ecc.

1. Apri Simscape > Libreria Foundation > Meccanica > Libreria Elementi traslazionali.
2. Trascinare i blocchi Massa, Molla traslazionale, Smorzatore traslazionale e Riferimento traslazionale meccanico nella finestra del modello.
3. Collega i blocchi Molla traslazionale, Smorzatore traslazionale e Massa al blocco Riferimento traslazionale meccanico come mostrato nell'immagine seguente.Per ruotare un modulo, selezionare il modulo e premereCtrl+R。

Per modificare la presentazione visiva del modello, semplificare i nomi dei moduli Spring e Damper come mostrato.Per visualizzare il nome del modulo Massa sia con Spring che con Damper, fare clic con il pulsante destro del mouse sul modulo Mass e selezionareFormato > Visualizza il nome del modulo > Aprire。

Passaggio 3: regolare i parametri del modulo e gli obiettivi variabili

Simpaesaggio Un modulo rappresenta un componente generico con valori iniziali predefiniti per parametri e variabili del modulo. Puoi regolare questi valori per adattarli alla tua applicazione o corrispondere alla scheda tecnica del produttore.

Per visualizzare e modificare i valori dei parametri del modulo e gli obiettivi iniziali per le variabili del modulo, fare doppio clic sul modulo per aprire la relativa finestra di dialogo.utilizzoImpostazioniTab.

Per la maggior parte dei blocchi Simscape, la finestra di dialogo del blocco contiene le stesse informazioni e lo stesso layout della finestra di ispezione delle proprietà del blocco. Per impostazione predefinita, la modifica di un valore nella finestra di ispezione Proprietà applica immediatamente il nuovo valore.Per un migliore controllo, si consiglia di cancellare il fileApplica automaticamentecasella di controllo per abilitareRipristinaEapplicazione pulsante. Ciò è particolarmente utile quando si lavora con moduli complessi, poiché è possibile modificare più parametri contemporaneamente.Modifica i valori dei parametri in modo che corrispondano alla scheda tecnica del produttore, visualizza l'intero set e fai clicapplicazione .ChiaroApplica automaticamenteUna volta selezionata, la casella di controllo rimane deselezionata durante la sessione MATLAB.

Per visualizzare una descrizione di un modulo, fare clic su nella finestra di dialogo del moduloDescrizione Tab.Questa scheda contiene ancheCodice sorgente Collegamento. Fai clic su questo collegamento per aprire il file sorgente Simscape per questo modulo nell'editor MATLAB.

Se il modulo non ha parametri o target variabili che possono essere impostati, la finestra di dialogo del modulo non haImpostazionischeda, soloDescrizioneTab.

Per visualizzare la documentazione di un modulo, fare clic sul punto interrogativo nell'angolo in alto a destra della finestra di dialogo del modulopulsante.

In questo modello regolerai i parametri che controllano la massa, la rigidità della molla e il coefficiente di smorzamento. Inoltre specificherai la velocità iniziale della massa regolando il target variabile corrispondente.

1. Fare doppio clic sul modulo Spring.ChiaroApplica automaticamente casella di controllo.VolereIndice di rigidezzaImpostato come400 N/m, quindi fare clicapplicazione。

1. Fare doppio clic sul modulo Damper.VolereCoefficiente di smorzamentoImpostato come100 N/(m/s)。

1. Fare doppio clic sul modulo Massa.VolereMassaImpostato come3.6 kg。

1. Per specificare il valore della velocità di massa iniziale desiderato, inserire ilObiettivi inizialiEspandi nella sezioneVelocità .di questa variabilePrioritàè stato designato come "High”, il che significa che il risolutore cercherà di soddisfare esattamente questo valore iniziale durante il calcolo delle condizioni iniziali per determinare il punto di partenza della simulazioneVelocità casella di controllo.esistereValoretipo di campo10, quindi fare clicapplicazione。

Passaggio 4: aggiungi la fonte

Puoi utilizzare i segnali di ingresso per pilotare i modelli Simscape. Utilizzando questo metodo è possibile rappresentare effetti fisici quali forze, tensioni o pressioni che agiscono su un sistema. È inoltre possibile specificare altre quantità che fluiscono attraverso il sistema, ad esempio corrente, flusso di massa e flusso di calore. Puoi aggiungere connessioni di ingresso del segnale a una rete fisica utilizzando i blocchi sorgente di Simscape.

Per aggiungere una rappresentazione delle forze che agiscono su una massa, utilizzare il blocco Sorgente della forza ideale.

1. Apri Simscape > Libreria Foundation > Mechanical > Libreria Sorgenti Mechanical.
2. Aggiungi il blocco Ideal Force Source allo schema. Semplifica il nome del modulo come mostrato.
3. Per riflettere la direzione corretta delle forze mostrate nello schema originale, invertire l'orientamento del modulo. Dopo aver selezionato il modulo Force Source, in Simulink® barra degli strumentiFormatoscheda, sudisposizionegiù, fare cliccapovolgere su e giù。
4. Duplicare il blocco di riferimento traslazionale meccanico facendo clic con il pulsante destro del mouse sul blocco e trascinandolo in una nuova posizione. Quindi invertire l'orientamento del nuovo modulo utilizzando lo stesso metodo del modulo Force Source.
5. Collegare la porta C del blocco Force Source a questo secondo blocco di riferimento traslazionale meccanico e la porta R al blocco di massa, come mostrato nella figura seguente.

Dopo aver collegato la rete fisica alla sorgente Simulink, il segnale di ingresso che rappresenta la curva di forza viene fornito attraverso la porta S (vediPassaggio 6: connettersi a Simulink utilizzando il modulo di interfaccia ). Un segnale positivo alla porta S specificherà la forza che agisce dalla porta C alla porta R.

Passaggio 5: aggiungere sensori

È possibile misurare le quantità in una rete fisica e utilizzarle altrove nel modello. Alcuni usi comuni di queste quantità includono il feedback per algoritmi di controllo, la modellazione di componenti fisici il cui comportamento dipende da altre quantità fisiche (come la resistenza dipendente dalla temperatura) o semplicemente la visualizzazione dei risultati durante una simulazione.

È possibile misurare queste quantità utilizzando moduli sensore, collegando i sensori in serie o in parallelo a seconda del valore misurato. Per misurare una quantità definita da una variabile Through (come corrente, flusso, forza), collegare i sensori in serie. Per misurare una quantità definita dalla variabile Across (come tensione, pressione, velocità), collegare i sensori in parallelo.

Per misurare la deformazione della molla, collegare un modulo sensore di movimento traslazionale ideale in parallelo alla molla.

1. Apri Simscape > Libreria Foundation > Meccanica > Libreria Sensori meccanici.
2. Aggiungi il blocco Sensore di movimento traslazionale ideale allo schema.
3. Per ruotare il modulo, selezionare il modulo e premereCtrl+R。
4. Collegare il modulo come mostrato di seguito. Semplifica il nome del modulo come mostrato.

Passaggio 6: connettersi a Simulink utilizzando il blocco di interfaccia

Simpaesaggio Le equazioni nella rete vengono risolte simultaneamente, mentre i blocchi Simulink vengono valutati in sequenza. Blocchi di interfaccia come Simulink-PS Converter e PS-Simulink Converter vengono utilizzati per gestire il confine tra queste due convenzioni di modellazione. Utilizzi i blocchi di interfaccia quando i segnali Simulink specificano le quantità in una rete Simscape o quando passi le quantità Simscape a Simulink per la progettazione di controlli o altri scopi. Ogni volta che colleghi un blocco Simulink a una rete fisica Simscape, devi utilizzare il blocco convertitore appropriato.

Successivamente collegherai la rete fisica al controller costruito con normali blocchi Simulink. Innanzitutto, prepara la rete fisica da connettere al segnale Simulink:

1. Rimuovere il modulo Scope.

Sebbene sia possibile utilizzare gli oscilloscopi per visualizzare i risultati della simulazione, questi oscilloscopi possono rendere i diagrammi a blocchi più confusi.Un modo più efficiente per visualizzare e analizzare i risultati della simulazione è utilizzare un Simscape Results Explorer comePassaggio 8: visualizzare i risultati della simulazionedescritto in.

1. Collega la porta di uscita del segnale fisico del blocco Simulink-PS Converter alla porta S del blocco Force Source.
2. Collega la porta di uscita P del blocco Motion Sensor alla porta di ingresso del segnale fisico del blocco PS-Simulink Converter.
3. Collegare il blocco Configurazione risolutore al circuito e nascondere il nome del blocco convertitore. Lo schema ora appare così.

Quindi, crea e collega il controller:

1. Apri la libreria Simulink > Sources e trascina il blocco Pulse Generator nel modello. Modificare il nome del modulo in Comando di posizione. Impostare i parametri del modulo come mostrato in figura.

1. Apri la libreria Simulink > Operazioni matematiche e trascina il blocco Sum nel modello.esistereelenco dei simboli, sostituire il secondo segno più con un segno meno, come mostrato.

1. Apri la libreria Simulink > Continuous e trascina il blocco PID Controller nel modello.impostareProporzione(P)、Punti(I)EDifferenziale(D)Valori dei parametri, come mostrato in figura.

1. Collegare i moduli come mostrato nello schema seguente.

I segnali di controllo Simulink entrano nella porta di ingresso del blocco Simulink-PS Converter, dove vengono convertiti in segnali fisici che guidano la distribuzione della forza del blocco Ideal Force Source.

La porta di uscita P del blocco Sensore di movimento traslazionale ideale per misurare la deformazione della molla è collegata al blocco Convertitore PS-Simulink. Questo blocco viene utilizzato per convertire i segnali fisici in segnali Simulink di feedback per il controller.

Per confrontare i segnali di ingresso e di feedback, collegali al visualizzatore di segnali:

1. Fare clic con il pulsante destro del mouse sul segnale Simulink passato dal blocco Pulse Generator al blocco Sum.Dal menu contestuale, selezionareCrea e connetti il ​​visualizzatore > Collegamento simultaneo > Scopo。
2. Quindi, fare clic con il pulsante destro del mouse sul segnale Simulink passato dal blocco PS-Simulink Converter al blocco Sum.Dal menu contestuale, selezionareConnetti al visualizzatore > Scopo。

Passaggio 7: modello di simulazione

Puoi farlo facendo clic sul pulsante Esegui nella barra degli strumenti di Simulink (situata nella parte superiore della finestra del modello) o nella barra degli strumenti del Waveform Viewer.  per eseguire la simulazione. Il risolutore Simscape valuta il modello, calcola le condizioni iniziali ed esegue la simulazione.

Per eseguire la simulazione, fare clic sulla barra degli strumenti Simulink。

Il visualizzatore della forma d'onda visualizza una sovrapposizione dei segnali di ingresso e di feedback.

Passaggio 8: visualizzare i risultati della simulazione

Simscape Results Explorer consente di visualizzare e analizzare i dati di simulazione utilizzando le funzionalità di registrazione dei dati. Ad esempio, è possibile confrontare due simulazioni per analizzare in che modo i cambiamenti nella massa influiscono sulla deformazione della molla.

1. Fare clic con il tasto destro sul modulo Spring.
2. Dal menu contestuale, selezionareSimpaesaggio > Visualizza i dati della simulazione > simlog。

Avviso:simlog  è il nome predefinito della variabile record.Se si utilizzaNome della variabile dell'area di lavoroSe il parametro di configurazione del modello modifica il nome della variabile, il menu contestuale elencherà il nome come variabile registrata associata al modulo.

Si apre la finestra Simscape Results Explorer con il nodo corrispondente al modulo Spring evidenziato nel riquadro di sinistra. Il riquadro di destra visualizza un grafico dei dati di simulazione per le tre variabili associate al blocco.

1. esistereSpring In Nodo selezionare Nodox . Il riquadro di destra visualizza i dati sulla deformazione della molla tracciati nel tempo.

1. Fare doppio clic sul modulo Massa.VolerequalitàImpostato come7.2 kg。
2. Esegui la simulazione.
3. Per ricaricare i dati registrati, fare clic sulla barra degli strumenti della finestra Simscape Results Explorer.Importa dati pulsante.Nella finestra popup che visualizza i nomi delle variabili del record, fare clic suSicuro。