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物理モデルの構築とシミュレーションの手順を紹介するために、simulink に付属するサンプル モデルを次に示します。コントローラ付きマススプリングダンパーたとえば、次の図は確立されたモデルを示しています。

詳細な物理モデリングとシミュレーション解析の手順は次のとおりです。

ステップ 1: 使用するssc_new 新しいモデルを作成する

使用ssc_new これは、Simscape™ モデルの構築を開始する最良の方法です。この関数を使用すると、推奨されるデフォルト設定がモデルに確実に使用されるようになります。使用するときはssc_new 、自動的に次のようになります。

• すでにモデル キャンバス上にある必要な一般的に使用されるモジュールを使用して、新しい Simscape モデルを作成します。
• 推奨されるソルバーと許容値の設定を選択します
• モデル全体のデータログを有効にする

MATLABで® コマンド ライン ウィンドウで、次のように入力します。

ssc_new

新しく作成された名前のないモデルのデフォルトのソルバー設定は次のとおりです。可変ステップ自動の場合、モデルには Solver Configuration ブロック、Simulink-PS Converter ブロック、および Scope ブロックに接続された PS-Simulink Converter ブロックが含まれています。

モデル ウィンドウの下部にある [リソース] セクションには、関連するブロック ライブラリとドキュメント トピックへのリンクが表示されます。

ステップ 2: 物理ネットワークを構築する

システムをモデル化するには、Simscape ライブラリからモデルにブロックを追加し、ブロックを物理ネットワークに接続します。作成する回路図では、ブロックを接続する線は、モデル化している実際のシステム内のコンポーネント間に存在する物理的な接続を表します。言い換えれば、Simscape ダイアグラムは物理システムのレイアウトをシミュレートします。

ネットワークを構築するときは、電気的参照、機械的変換参照などのドメイン固有の参照ブロックを追加することが重要です。

1. [Simscape] 、 [Foundation Library] 、 [Mechanical] 、 [Translational Elements] ライブラリを開きます。
2. Mass、Translational Spring、Translational Damper、Mechanical Translational Reference ブロックをモデル ウィンドウにドラッグします。
3. 以下の図に示すように、Translational Spring、Translational Damper、および Mass ブロックを Mechanical Translational Reference ブロックに接続します。モジュールを回転するには、モジュールを選択して を押します。Ctrl+R。

モデルの視覚的な表現を調整するには、図のようにスプリング モジュールとダンパー モジュールの名前を簡略化します。マス モジュールの名前をスプリングとダンパーの両方に表示するには、マス モジュールを右クリックして、フォーマット > モジュール名の表示 > 開ける。

ステップ 3: モジュールパラメータと変数ターゲットを調整する

シムスケープ モジュールは、モジュールのパラメーターと変数のデフォルトの初期値を持つ汎用コンポーネントを表します。これらの値は、アプリケーションに合わせて、またはメーカーのデータシートに一致するように調整できます。

モジュールのパラメーター値とモジュール変数の初期ターゲットを表示および変更するには、モジュールをダブルクリックしてダイアログ ボックスを開きます。使用設定タブ。

ほとんどの Simscape ブロックでは、ブロック ダイアログ ボックスには、ブロック プロパティ インスペクターと同じ情報とレイアウトが含まれています。デフォルトでは、プロパティ・インスペクターで値を変更すると、新しい値がすぐに適用されます。より適切に制御するには、自動適用有効にするチェックボックスリセットそして応用ボタン。これは、複数のパラメータを一度に変更できるため、複雑なモジュールを操作する場合に特に便利です。メーカーのデータシートと一致するようにパラメータ値を変更し、セット全体を表示して、応用 。クリア自動適用一度チェックすると、MATLAB セッション中はチェックボックスはオフのままになります。

モジュールの説明を表示するには、モジュール ダイアログ ボックス内をクリックします。説明タブ。このタブには次の内容も含まれていますソースコードリンク。このリンクをクリックして、このモジュールの Simscape ソース ファイルを MATLAB エディターで開きます。

モジュールに設定できるパラメーターまたは変数ターゲットがない場合、モジュール ダイアログ ボックスには何も表示されません。設定タブのみ説明タブ。

モジュールのドキュメントを表示するには、モジュール ダイアログ ボックスの右上隅にある疑問符をクリックします。ボタン。

このモデルでは、質量、バネの剛性、減衰係数を制御するパラメーターを調整します。また、対応する変数ターゲットを調整することで、質量の初速度も指定します。

1. Spring モジュールをダブルクリックします。クリア自動適用チェックボックス。意思スプリングレートとして設定され400 N/mをクリックしてから、応用。

1. ダンパー モジュールをダブルクリックします。意思減衰係数として設定され100 N/(m/s)。

1. Mass モジュールをダブルクリックします。意思質量として設定され3.6 kg。

1. 希望の初期質量速度値を指定するには、初期ターゲットセクション内で展開速度 。この変数の優先度に指定されていますHighこれは、シミュレーションの開始点を決定するための初期条件を計算するときに、ソルバーがこの初期値を正確に満たそうとすることを意味します。速度チェックボックス。存在する価値フィールド、タイプ10をクリックしてから、応用。

ステップ 4: ソースを追加する

入力信号を使用して Simscape モデルを駆動できます。この方法を使用すると、システムに作用する力、電圧、圧力などの物理的効果を表現できます。電流、質量流量、熱流束など、システムを流れる他の量を指定することもできます。 Simscape ソース ブロックを使用して、信号入力接続を物理ネットワークに追加できます。

質量に作用する力の表現を追加するには、Ideal Force Source ブロックを使用します。

1. [Simscape] 、 [Foundation Library] 、 [Mechanical] 、 [Mechanical Sources] ライブラリを開きます。
2. Ideal Force Source ブロックを回路図に追加します。図のようにモジュール名を簡略化します。
3. 元の回路図に示されている力の正しい方向を反映するには、モジュールの向きを反転します。 Force Source モジュールを選択した後、Simulink で® ツールバーフォーマットタブ、オン配置下、クリック上下にフリップする。
4. Mechanical Translational Reference ブロックを右クリックし、新しい場所にドラッグして、ブロックを複製します。次に、Force Source モジュールと同じ方法を使用して、新しいモジュールの方向を反転します。
5. 次の図に示すように、Force Source ブロックの端子 C をこの 2 番目の Mechanical Translational Reference ブロックに接続し、端子 R を Mass ブロックに接続します。

物理ネットワークを Simulink ソースに接続した後、フォース カーブを表す入力信号がポート S を介して提供されます (「ステップ 6: インターフェイス モジュールを使用して Simulink に接続する ）。ポート S の正の信号は、ポート C からポート R に作用する力を指定します。

ステップ 5: センサーを追加する

物理ネットワーク内の数量を測定し、モデル内の他の場所で使用できます。これらの量の一般的な用途には、制御アルゴリズムのフィードバック、動作が他の物理量 (温度依存の抵抗など) に依存する物理コンポーネントのモデル化、またはシミュレーション中の単純な結果の表示などがあります。

これらの量は、測定値に応じてセンサーを直列または並列に接続するセンサー モジュールを使用して測定できます。スルー変数 (電流、流量、力など) で定義された量を測定するには、センサーを直列に接続します。 Across 変数で定義された量 (電圧、圧力、速度など) を測定するには、センサーを並列に接続します。

ばねの変形を測定するには、理想並進運動センサー モジュールをばねと並列に接続します。

1. [Simscape] > [Foundation Library] > [Mechanical] > [Mechanical Sensors] ライブラリを開きます。
2. Ideal Translational Motion Sensor ブロックを回路図に追加します。
3. モジュールを回転するには、モジュールを選択して を押します。Ctrl+R。
4. 以下のようにモジュールを接続します。図のようにモジュール名を簡略化します。

ステップ 6: インターフェイス ブロックを使用して Simulink に接続する

シムスケープ ネットワークの方程式は同時に解かれますが、Simulink ブロックは順番に評価されます。 Simulink-PS Converter や PS-Simulink Converter などのインターフェイス ブロックは、これら 2 つのモデリング規則間の境界を処理するために使用されます。 Simulink 信号が Simscape ネットワーク内の量を指定する場合、または制御設計やその他の目的で Simscape の量を Simulink に渡す場合は、インターフェイス ブロックを使用します。 Simulink ブロックを Simscape 物理ネットワークに接続するたびに、適切なコンバーター ブロックを使用する必要があります。

次に、物理ネットワークを通常の Simulink ブロックから構築されたコントローラーに接続します。まず、Simulink 信号に接続する物理ネットワークを準備します。

1. スコープモジュールを削除します。

オシロスコープを使用してシミュレーション結果を表示することはできますが、これらのオシロスコープを使用するとブロック図がさらに乱雑になる可能性があります。シミュレーション結果を表示および分析するより効率的な方法は、次のような Simscape 結果エクスプローラーを使用することです。ステップ 8: シミュレーション結果を表示するに記載されています。

1. Simulink-PS Converter ブロックの物理信号出力端子を Force Source ブロックの端子 S に接続します。
2. Motion Sensor ブロックの出力端子 P を PS-Simulink Converter ブロックの物理信号入力端子に接続します。
3. Solver Configuration ブロックを回路に接続し、コンバータ ブロック名を非表示にします。回路図は次のようになります。

次に、コントローラーを構築して接続します。

1. [Simulink]、[ソース] ライブラリを開き、Pulse Generator ブロックをモデルにドラッグします。モジュール名を「Position Command」に変更します。図に示すようにモジュールパラメータを設定します。

1. [Simulink]、[数学演算] ライブラリを開き、Sum ブロックをモデルにドラッグします。存在するシンボルリストに示すように、2 番目のプラス記号をマイナス記号に置き換えます。

1. [Simulink] 、 [Continuous ライブラリ] を開き、PID Controller ブロックをモデルにドラッグします。設定割合(P)、ポイント(I)そして差動(D)図に示すパラメータ値。

1. 以下の回路図に示すようにモジュールを接続します。

制御 Simulink 信号は Simulink-PS Converter ブロックの入力端子に入力され、そこで Ideal Force Source ブロックの力の分布を駆動する物理信号に変換されます。

ばねの変形を測定するための Ideal Translational Motion Sensor ブロックの出力ポート P は、PS-Simulink Converter ブロックに接続されています。このブロックは、物理信号をコントローラーのフィードバック Simulink 信号に変換するために使用されます。

入力信号とフィードバック信号を比較するには、それらを信号ビューアに接続します。

1. Pulse Generator ブロックから Sum ブロックに渡された Simulink 信号を右クリックします。コンテキスト メニューから、作成と接続ビューア > シミュリンク > 範囲。
2. 次に、PS-Simulink Converter ブロックから Sum ブロックに渡された Simulink 信号を右クリックします。コンテキスト メニューから、ビューアに接続 > 範囲。

ステップ 7: シミュレーション モデル

これを行うには、Simulink ツールバー (モデル ウィンドウの上部にあります) または波形ビューアー ツールバーの [実行] ボタンをクリックします。 シミュレーションを実行します。 Simscape ソルバーはモデルを評価し、初期条件を計算し、シミュレーションを実行します。

シミュレーションを実行するには、Simulink ツールバーの をクリックします。。

波形ビューアには、入力信号とフィードバック信号のオーバーレイが表示されます。

ステップ 8: シミュレーション結果を表示する

Simscape 結果エクスプローラーを使用すると、データ ログ機能を使用してシミュレーション データを表示および分析できます。たとえば、2 つのシミュレーション実行を比較して、質量の変化がばねの変形にどのような影響を与えるかを分析できます。

1. Spring モジュールを右クリックします。
2. コンテキスト メニューから、シムスケープ > シミュレーションデータを表示 > シムログ。

知らせ：simlog レコード変数のデフォルト名です。使用する場合ワークスペース変数名モデル コンフィギュレーション パラメーターによって変数名が変更された場合、コンテキスト メニューには、モジュールに関連付けられた記録された変数として名前がリストされます。

Simscape 結果エクスプローラー ウィンドウが開き、Spring モジュールに対応するノードが左側のペインで強調表示されます。右側のペインには、ブロックに関連付けられた 3 つの変数のシミュレーション データのプロットが表示されます。

1. 存在するSpring 「ノード」で「ノード」を選択しますx 。右側のペインには、時間の経過とともにプロットされたばね変形データが表示されます。

1. Mass モジュールをダブルクリックします。意思品質として設定され7.2 kg。
2. シミュレーションを実行します。
3. ログ データを再ロードするには、Simscape 結果エクスプローラー ウィンドウのツールバーの をクリックします。データのインポートボタン。レコード変数名を表示するポップアップ ウィンドウで、もちろん。