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Para apresentar as etapas de construção e simulação de modelos físicos, aqui está um modelo de exemplo que acompanha o simulink.Amortecedor de mola de massa com controladorPor exemplo, a figura abaixo mostra o modelo estabelecido.

As etapas detalhadas de modelagem física e análise de simulação são as seguintes:

Etapa 1: usarssc_novo Criar novo modelo

usarssc_novo  é a melhor maneira de começar a construir modelos Simscape™. O uso desta função ajuda a garantir que as configurações padrão recomendadas sejam usadas para o modelo.Quando você usassc_novo , ele automaticamente:

• Crie um novo modelo Simscape com os módulos necessários e comumente usados ​​já na tela do modelo
• Selecione as configurações recomendadas do solucionador e da tolerância
• Habilite o registro de dados para todo o modelo

em MATLAB® Na janela da linha de comando, digite:

ssc_novo

A configuração padrão do solucionador para modelos sem nome recém-criados éVariávelPassoAutomático, o modelo contém um bloco de configuração do Solver, um bloco Simulink-PS Converter e um bloco PS-Simulink Converter conectado a um bloco Scope.

A seção Recursos na parte inferior da janela do modelo fornece links para bibliotecas de blocos relevantes e tópicos de documentação.

Passo 2: Monte a rede física

Para modelar seu sistema, você adiciona blocos ao modelo da biblioteca Simscape e depois conecta os blocos à rede física. No esquema que você cria, as linhas que conectam os blocos representam as conexões físicas que existem entre os componentes do sistema real que você está modelando. Em outras palavras, os diagramas Simscape simulam o layout físico do sistema.

Ao construir uma rede, é importante adicionar blocos de referência específicos de domínio, como Referência Elétrica, Referência Translacional Mecânica, etc.

1. Abra a biblioteca Simscape > Foundation Library > Mechanical > Translational Elements.
2. Arraste os blocos Massa, Mola Translacional, Amortecedor Translacional e Referência Translacional Mecânica para a janela do modelo.
3. Conecte os blocos Translacional Mola, Translacional Amortecedor e Massa ao bloco de Referência Translacional Mecânica conforme mostrado na imagem abaixo.Para girar um módulo, selecione o módulo e pressioneCtrl+R。

Para ajustar a apresentação visual do modelo, simplifique os nomes dos módulos Mola e Amortecedor conforme mostrado.Para que o nome do módulo Massa apareça com Mola e Amortecedor, clique com o botão direito no módulo Massa e selecioneFormatar > Nome do módulo de exibição > Abrir。

Etapa 3: Ajustar os parâmetros do módulo e os alvos variáveis

Paisagem Sim Um módulo representa um componente genérico com valores iniciais padrão para parâmetros e variáveis ​​do módulo. Você pode ajustar esses valores para se adequar à sua aplicação ou corresponder à folha de dados do fabricante.

Para visualizar e modificar os valores dos parâmetros do módulo e os destinos iniciais das variáveis ​​do módulo, clique duas vezes no módulo para abrir sua caixa de diálogo.usarConfiguraçõesAba.

Para a maioria dos blocos do Simscape, a caixa de diálogo do bloco contém as mesmas informações e layout que o inspetor de propriedades do bloco. Por padrão, a alteração de um valor no Property Inspector aplica o novo valor imediatamente.Para um melhor controle, é recomendado que você limpe oAplicar automaticamentecaixa de seleção para ativarreiniciareaplicativo botão. Isto é particularmente útil ao trabalhar com módulos complexos, pois você pode alterar vários parâmetros de uma só vez.Altere os valores dos parâmetros para corresponder à folha de dados do fabricante, visualize o conjunto completo e cliqueaplicativo .ClaroAplicar automaticamenteUma vez marcada, a caixa de seleção permanece desmarcada durante a sessão do MATLAB.

Para visualizar uma descrição de um módulo, clique na caixa de diálogo do móduloDescrição Aba.Esta guia também contémCódigo fonte Link. Clique neste link para abrir o arquivo fonte do Simscape para este módulo no editor MATLAB.

Se o módulo não tiver parâmetros ou alvos variáveis ​​que possam ser definidos, a caixa de diálogo do módulo não teráConfiguraçõesguia, apenasDescriçãoAba.

Para visualizar a documentação de um módulo, clique no ponto de interrogação no canto superior direito da caixa de diálogo do módulobotão.

Neste modelo, você ajustará os parâmetros que controlam a massa, a rigidez da mola e o coeficiente de amortecimento. Você também especificará a velocidade inicial da massa ajustando o alvo variável correspondente.

1. Clique duas vezes no módulo Spring.ClaroAplicar automaticamente caixa de seleção.VaiTaxa de PrimaveraDefinir como400 N/m,então cliqueaplicativo。

1. Clique duas vezes no módulo Damper.VaiCoeficiente de amortecimentoDefinir como100 N/(m/s)。

1. Clique duas vezes no módulo Massa.VaiMassaDefinir como3.6 kg。

1. Para especificar o valor de velocidade de massa inicial desejado, insira oAlvos IniciaisExpandir na seçãoVelocidade .desta variávelPrioridadefoi designado como "High”, o que significa que o solucionador tentará satisfazer exatamente esse valor inicial ao calcular as condições iniciais para determinar o ponto inicial da simulação Verificado.Velocidade caixa de seleção.existirValortipo de campo10,então cliqueaplicativo。

Etapa 4: adicionar fonte

Você pode usar sinais de entrada para controlar modelos Simscape. Usando este método, você pode representar efeitos físicos, como forças, tensões ou pressões que atuam em um sistema. Você também pode especificar outras grandezas que fluem pelo sistema, como corrente, fluxo de massa e fluxo de calor. Você pode adicionar conexões de entrada de sinal a uma rede física usando blocos de origem Simscape.

Para adicionar uma representação das forças que atuam em uma massa, use o bloco Ideal Force Source.

1. Abra a biblioteca Simscape > Foundation Library > Mechanical > Mechanical Sources.
2. Adicione o bloco Ideal Force Source ao esquema. Simplifique o nome do módulo conforme mostrado.
3. Para refletir a direção correta das forças mostradas no esquema original, inverta a orientação do módulo. Após selecionar o módulo Force Source, no Simulink® barra de ferramentasFormatarguia, emarranjopara baixo, cliquevirar para cima e para baixo。
4. Duplique o bloco Mechanical Translational Reference clicando com o botão direito no bloco e arrastando-o para um novo local. Em seguida, inverta a orientação do novo módulo usando o mesmo método do módulo Force Source.
5. Conecte a porta C do bloco Force Source a este segundo bloco Mechanical Translational Reference e a porta R ao bloco Mass, conforme mostrado na figura a seguir.

Depois de conectar a rede física à fonte Simulink, o sinal de entrada que representa a curva de força é fornecido através da porta S (verEtapa 6: Conecte-se ao Simulink usando o módulo de interface ). Um sinal positivo na porta S especificará a força que atua da porta C para a porta R.

Etapa 5: adicionar sensores

Você pode medir quantidades em uma rede física e usá-las em outras partes do modelo. Alguns usos comuns para essas grandezas incluem feedback para algoritmos de controle, modelagem de componentes físicos cujo comportamento depende de outras grandezas físicas (como resistência dependente da temperatura) ou simplesmente visualização de resultados durante uma simulação.

Você pode medir essas grandezas usando módulos sensores, conectando sensores em série ou paralelo dependendo do valor medido. Para medir uma quantidade definida por uma variável Through (como corrente, fluxo, força), conecte sensores em série. Para medir uma quantidade definida pela variável Across (como tensão, pressão, velocidade), conecte os sensores em paralelo.

Para medir a deformação da mola, conecte um módulo Ideal Translational Motion Sensor em paralelo com a mola.

1. Abra a biblioteca Simscape > Foundation Library > Mecânica > Sensores Mecânicos.
2. Adicione o bloco Ideal Translational Motion Sensor ao esquema.
3. Para girar o módulo, selecione o módulo e pressioneCtrl+R。
4. Conecte o módulo conforme mostrado abaixo. Simplifique o nome do módulo conforme mostrado.

Etapa 6: Conecte-se ao Simulink usando o bloco de interface

Paisagem Sim As equações na rede são resolvidas simultaneamente, enquanto os blocos Simulink são avaliados sequencialmente. Blocos de interface como Simulink-PS Converter e PS-Simulink Converter são usados ​​para lidar com o limite entre essas duas convenções de modelagem. Você usa blocos de interface quando os sinais Simulink especificam quantidades em uma rede Simscape ou quando você passa quantidades Simscape para Simulink para projeto de controle ou outros fins. Cada vez que você conecta um bloco Simulink a uma rede física Simscape, você deve usar o bloco conversor apropriado.

Em seguida, você conectará a rede física ao controlador construído a partir de blocos Simulink regulares. Primeiro, prepare a rede física para ser conectada ao sinal Simulink:

1. Remova o módulo Escopo.

Embora você possa usar osciloscópios para visualizar os resultados da simulação, eles podem tornar os diagramas de blocos mais confusos.Uma maneira mais eficiente de visualizar e analisar os resultados da simulação é usar um Simscape Results Explorer, comoEtapa 8: visualizar os resultados da simulaçãodescrito em.

1. Conecte a porta de saída do sinal físico do bloco Simulink-PS Converter à porta S do bloco Force Source.
2. Conecte a porta de saída P do bloco do sensor de movimento à porta de entrada de sinal físico do bloco conversor PS-Simulink.
3. Conecte o bloco de configuração do Solver ao circuito e oculte o nome do bloco conversor. O esquema agora se parece com isso.

Em seguida, construa e conecte o controlador:

1. Abra a biblioteca Simulink > Sources e arraste o bloco Pulse Generator para o modelo. Altere o nome do módulo para Comando de Posição. Defina os parâmetros do módulo conforme mostrado na figura.

1. Abra a biblioteca Simulink > Operações Matemáticas e arraste o bloco Sum para o modelo.existirlista de símbolos, substitua o segundo sinal de mais por um sinal de menos, conforme mostrado.

1. Abra a biblioteca Simulink > Contínuo e arraste o bloco Controlador PID para o modelo.configurarProporção(P)、Pontos (eu)eDiferencial(D)Valores dos parâmetros, conforme mostrado na figura.

1. Conecte os módulos conforme mostrado no esquema abaixo.

Os sinais de controle Simulink entram na porta de entrada do bloco Simulink-PS Converter, onde são convertidos em sinais físicos que orientam a distribuição de força do bloco Ideal Force Source.

A porta de saída P do bloco Ideal Translational Motion Sensor para medir a deformação da mola está conectada ao bloco conversor PS-Simulink. Este bloco é usado para converter sinais físicos em sinais Simulink de feedback para o controlador.

Para comparar sinais de entrada e feedback, conecte-os ao visualizador de sinais:

1. Clique com o botão direito no sinal Simulink passado do bloco Gerador de Pulso para o bloco Soma.No menu de contexto, selecioneCriar e conectar visualizador > Simulink > Escopo。
2. Em seguida, clique com o botão direito no sinal Simulink passado do bloco PS-Simulink Converter para o bloco Sum.No menu de contexto, selecioneConectar ao visualizador > Escopo。

Etapa 7: Modelo de Simulação

Você pode fazer isso clicando no botão Executar na barra de ferramentas do Simulink (localizada na parte superior da janela do modelo) ou na barra de ferramentas do Waveform Viewer.  para executar a simulação. O solucionador Simscape avalia o modelo, calcula as condições iniciais e executa a simulação.

Para executar a simulação, clique na barra de ferramentas Simulink。

O visualizador de forma de onda exibe uma sobreposição dos sinais de entrada e de feedback.

Etapa 8: visualizar os resultados da simulação

O Simscape Results Explorer permite visualizar e analisar dados de simulação usando recursos de registro de dados. Por exemplo, você pode comparar duas execuções de simulação para analisar como as alterações na massa afetam a deformação da mola.

1. Clique com o botão direito no módulo Spring.
2. No menu de contexto, selecionePaisagem Sim > Ver dados de simulação > log de sim。

Perceber:simlog  é o nome padrão da variável de registro.Se estiver usandoNome da variável do espaço de trabalhoSe o parâmetro de configuração do modelo alterar o nome da variável, o menu de contexto listará o nome como uma variável registrada associada ao módulo.

A janela Simscape Results Explorer é aberta com o nó correspondente ao módulo Spring destacado no painel esquerdo. O painel direito exibe um gráfico dos dados de simulação para as três variáveis ​​associadas ao bloco.

1. existirSpring Em Nó, selecione Nóx . O painel direito exibe dados de deformação da mola plotados ao longo do tempo.

1. Clique duas vezes no módulo Massa.VaiqualidadeDefinir como7.2 kg。
2. Execute a simulação.
3. Para recarregar os dados registrados, clique na barra de ferramentas da janela Simscape Results Explorer.Importar dados botão.Na janela pop-up que exibe os nomes das variáveis ​​de registro, clique emClaro。