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Para presentar los pasos para construir y simular modelos físicos, aquí hay un modelo de ejemplo que viene con simulink.Amortiguador de masa-resorte con controladorPor ejemplo, la siguiente figura muestra el modelo establecido.

Los pasos detallados del análisis de simulación y modelado físico son los siguientes:

Paso 1: usarssc_nuevo Crear nuevo modelo

usarssc_nuevo  es la mejor manera de empezar a construir modelos Simscape™. El uso de esta función ayuda a garantizar que se utilicen las configuraciones predeterminadas recomendadas para el modelo.cuando usasssc_nuevo , automáticamente:

• Cree un nuevo modelo de Simscape con los módulos necesarios y de uso común que ya están en el lienzo del modelo.
• Seleccione la configuración de tolerancia y resolución recomendada
• Habilitar el registro de datos para todo el modelo

enMATLAB® En la ventana de la línea de comando, escriba:

ssc_nuevo

La configuración predeterminada del solucionador para modelos sin nombre recién creados esVariablePasoAutomático, el modelo contiene un bloque Solver Configuration, un bloque Simulink-PS Converter y un bloque PS-Simulink Converter conectado a un bloque Scope.

La sección Recursos en la parte inferior de la ventana del modelo proporciona enlaces a bibliotecas de bloques y temas de documentación relevantes.

Paso 2: montar la red física

Para modelar su sistema, agrega bloques al modelo desde la biblioteca Simscape y luego conecta los bloques a la red física. En el esquema que crea, las líneas que conectan los bloques representan las conexiones físicas que existen entre los componentes en el sistema real que está modelando. En otras palabras, los diagramas de Simscape simulan el diseño físico del sistema.

Al construir una red, es importante agregar bloques de referencia específicos del dominio, como referencia eléctrica, referencia traslacional mecánica, etc.

1. Abra Simscape > Biblioteca Foundation > Mecánica > Biblioteca de elementos traslacionales.
2. Arrastre los bloques Masa, Resorte traslacional, Amortiguador traslacional y Referencia traslacional mecánica a la ventana del modelo.
3. Conecte los bloques de resorte traslacional, amortiguador traslacional y masa al bloque de referencia traslacional mecánica como se muestra en la imagen a continuación.Para rotar un módulo, seleccione el módulo y presioneCtrl+R。

Para ajustar la presentación visual del modelo, simplifique los nombres de los módulos Resorte y Amortiguador como se muestra.Para que el nombre del módulo Mass aparezca tanto con Spring como Damper, haga clic derecho en el módulo Mass y seleccioneFormato > Mostrar nombre del módulo > Abierto。

Paso 3: ajustar los parámetros del módulo y los objetivos variables

Paisaje simulado Un módulo representa un componente genérico con valores iniciales predeterminados para los parámetros y variables del módulo. Puede ajustar estos valores para adaptarlos a su aplicación o hacer coincidir la hoja de datos del fabricante.

Para ver y modificar los valores de los parámetros del módulo y los objetivos iniciales de las variables del módulo, haga doble clic en el módulo para abrir su cuadro de diálogo.usarAjustesPestaña.

Para la mayoría de los bloques de Simscape, el cuadro de diálogo del bloque contiene la misma información y diseño que el inspector de propiedades del bloque. De forma predeterminada, cambiar un valor en el Inspector de propiedades aplica el nuevo valor inmediatamente.Para un mejor control, se recomienda borrar elAplicar automáticamentecasilla de verificación para habilitarreiniciarysolicitud botón. Esto es particularmente útil cuando se trabaja con módulos complejos, ya que puede cambiar varios parámetros a la vez.Cambie los valores de los parámetros para que coincidan con la hoja de datos del fabricante, vea el conjunto completo y haga clicsolicitud .ClaroAplicar automáticamenteUna vez marcada, la casilla permanece vacía durante la sesión de MATLAB.

Para ver una descripción de un módulo, haga clic en el cuadro de diálogo del móduloDescripción Pestaña.Esta pestaña también contieneCódigo fuente Enlace. Haga clic en este enlace para abrir el archivo fuente de Simscape para este módulo en el editor de MATLAB.

Si el módulo no tiene parámetros ni objetivos variables que se puedan configurar, el cuadro de diálogo del módulo no tieneAjustespestaña, sóloDescripciónPestaña.

Para ver la documentación de un módulo, haga clic en el signo de interrogación en la esquina superior derecha del cuadro de diálogo del módulo.botón.

En este modelo, ajustará los parámetros que controlan la masa, la rigidez del resorte y el coeficiente de amortiguación. También especificará la velocidad inicial de la masa ajustando el objetivo variable correspondiente.

1. Haga doble clic en el módulo Spring.ClaroAplicar automáticamente caja.VoluntadTasa de primaveraEstablecer como400 N/m, luego haga clicsolicitud。

1. Haga doble clic en el módulo Damper.VoluntadCoeficiente de amortiguamientoEstablecer como100 N/(m/s)。

1. Haga doble clic en el módulo Masa.VoluntadMasaEstablecer como3.6 kg。

1. Para especificar el valor de velocidad de masa inicial deseado, ingrese elObjetivos inicialesAmpliar en la secciónVelocidad .de esta variablePrioridadha sido designado como "High”, lo que significa que el solucionador intentará satisfacer este valor inicial exactamente al calcular las condiciones iniciales para determinar el punto de partida de la simulación.Velocidad caja.existirValorTipo de campo10, luego haga clicsolicitud。

Paso 4: agregar fuente

Puede utilizar señales de entrada para controlar los modelos Simscape. Con este método, puede representar efectos físicos como fuerzas, voltajes o presiones que actúan sobre un sistema. También puede especificar otras cantidades que fluyen a través del sistema, como corriente, flujo másico y flujo de calor. Puede agregar conexiones de entrada de señal a una red física utilizando bloques fuente de Simscape.

Para agregar una representación de las fuerzas que actúan sobre una masa, use el bloque Fuente de fuerza ideal.

1. Abra la biblioteca Simscape > Foundation Library > Mechanical > Mechanical Sources.
2. Agregue el bloque Fuente de fuerza ideal al esquema. Simplifique el nombre del módulo como se muestra.
3. Para reflejar la dirección correcta de las fuerzas que se muestran en el esquema original, invierta la orientación del módulo. Después de seleccionar el módulo Force Source, en Simulink® barra de herramientasFormatopestaña, enacuerdoabajo, haga clicvoltear hacia arriba y hacia abajo。
4. Duplique el bloque de referencia traslacional mecánica haciendo clic derecho en el bloque y arrastrándolo a una nueva ubicación. Luego cambie la orientación del nuevo módulo usando el mismo método que el módulo Force Source.
5. Conecte el puerto C del bloque de fuente de fuerza a este segundo bloque de referencia de traslación mecánica y el puerto R al bloque de masa, como se muestra en la siguiente figura.

Después de conectar la red física a la fuente Simulink, la señal de entrada que representa la curva de fuerza se proporciona a través del puerto S (verPaso 6: Conéctese a Simulink usando el módulo de interfaz ). Una señal positiva en el puerto S especificará la fuerza que actúa desde el puerto C al puerto R.

Paso 5: agregar sensores

Puede medir cantidades en una red física y utilizarlas en otras partes del modelo. Algunos usos comunes de estas cantidades incluyen retroalimentación para algoritmos de control, modelado de componentes físicos cuyo comportamiento depende de otras cantidades físicas (como la resistencia dependiente de la temperatura) o simplemente ver los resultados durante una simulación.

Puede medir estas cantidades utilizando módulos de sensores, conectando sensores en serie o en paralelo según el valor medido. Para medir una cantidad definida por una variable pasante (como corriente, flujo, fuerza), conecte sensores en serie. Para medir una cantidad definida por la variable Across (como voltaje, presión, velocidad), conecte sensores en paralelo.

Para medir la deformación del resorte, conecte un módulo de sensor de movimiento traslacional ideal en paralelo con el resorte.

1. Abra la biblioteca Simscape > Foundation Library > Mechanical > Mechanical Sensors.
2. Agregue el bloque Sensor de movimiento traslacional ideal al esquema.
3. Para rotar el módulo, seleccione el módulo y presioneCtrl+R。
4. Conecte el módulo como se muestra a continuación. Simplifique el nombre del módulo como se muestra.

Paso 6: Conéctese a Simulink usando el bloque de interfaz

Paisaje simulado Las ecuaciones de la red se resuelven simultáneamente, mientras que los bloques de Simulink se evalúan de forma secuencial. Se utilizan bloques de interfaz como Simulink-PS Converter y PS-Simulink Converter para manejar el límite entre estas dos convenciones de modelado. Se utilizan bloques de interfaz cuando las señales de Simulink especifican cantidades en una red de Simscape, o cuando se pasan cantidades de Simscape a Simulink para el diseño de control u otros fines. Cada vez que conecta un bloque Simulink a una red física de Simscape, debe utilizar el bloque convertidor apropiado.

A continuación, conectará la red física al controlador creado a partir de bloques Simulink normales. Primero, prepare la red física para conectarla a la señal de Simulink:

1. Eliminar el módulo de alcance.

Si bien se pueden utilizar osciloscopios para ver los resultados de la simulación, estos osciloscopios pueden hacer que los diagramas de bloques estén más desordenados.Una forma más eficiente de ver y analizar los resultados de la simulación es utilizar un Explorador de resultados de Simscape comoPaso 8: ver los resultados de la simulacióndescrito en.

1. Conecte el puerto de salida de señal física del bloque Simulink-PS Converter al puerto S del bloque Force Source.
2. Conecte el puerto de salida P del bloque del sensor de movimiento al puerto de entrada de señal física del bloque convertidor PS-Simulink.
3. Conecte el bloque de configuración del Solver al circuito y oculte el nombre del bloque del convertidor. El esquema ahora se ve así.

Luego, construya y conecte el controlador:

1. Abra la biblioteca Simulink > Fuentes y arrastre el bloque Generador de impulsos al modelo. Cambie el nombre del módulo a Comando de posición. Configure los parámetros del módulo como se muestra en la figura.

1. Abra la biblioteca Simulink > Operaciones matemáticas y arrastre el bloque Suma al modelo.existirlista de símbolos, reemplace el segundo signo más con un signo menos, como se muestra.

1. Abra la biblioteca Simulink > Continua y arrastre el bloque Controlador PID al modelo.configuraciónProporción(P)、Puntos(yo)yDiferencial(D)Valores de los parámetros, como se muestra en la figura.

1. Conecte los módulos como se muestra en el siguiente esquema.

Las señales de control de Simulink ingresan al puerto de entrada del bloque convertidor Simulink-PS, donde se convierten en señales físicas que impulsan la distribución de fuerza del bloque de fuente de fuerza ideal.

El puerto de salida P del bloque del sensor de movimiento traslacional ideal para medir la deformación del resorte está conectado al bloque convertidor PS-Simulink. Este bloque se utiliza para convertir señales físicas en señales de retroalimentación Simulink para el controlador.

Para comparar señales de entrada y retroalimentación, conéctelas al visor de señales:

1. Haga clic derecho en la señal de Simulink pasada desde el bloque Generador de impulsos al bloque Suma.En el menú contextual, seleccioneCrear y conectar un visor > Enlace simultáneo > Alcance。
2. Luego, haga clic derecho en la señal de Simulink pasada desde el bloque PS-Simulink Converter al bloque Sum.En el menú contextual, seleccioneConectarse al visor > Alcance。

Paso 7: modelo de simulación

Puede hacer esto haciendo clic en el botón Ejecutar en la barra de herramientas de Simulink (ubicada en la parte superior de la ventana del modelo) o en la barra de herramientas del Visor de formas de onda.  para ejecutar la simulación. El solucionador de Simscape evalúa el modelo, calcula las condiciones iniciales y ejecuta la simulación.

Para ejecutar la simulación, haga clic en la barra de herramientas de Simulink。

El visor de formas de onda muestra una superposición de las señales de entrada y retroalimentación.

Paso 8: ver los resultados de la simulación

Simscape Results Explorer le permite ver y analizar datos de simulación utilizando capacidades de registro de datos. Por ejemplo, puede comparar dos ejecuciones de simulación para analizar cómo los cambios en la masa afectan la deformación del resorte.

1. Haga clic derecho en el módulo Spring.
2. En el menú contextual, seleccionePaisaje simulado > Ver datos de simulación > registro simultáneo。

Aviso:simlog  es el nombre predeterminado de la variable de registro.Si usaNombre de la variable del espacio de trabajoSi el parámetro de configuración del modelo cambia el nombre de la variable, el menú contextual mostrará el nombre como una variable registrada asociada con el módulo.

La ventana Simscape Results Explorer se abre con el nodo correspondiente al módulo Spring resaltado en el panel izquierdo. El panel derecho muestra un gráfico de los datos de simulación para las tres variables asociadas con el bloque.

1. existirSpring En Nodo, seleccione Nodox . El panel derecho muestra los datos de deformación del resorte trazados a lo largo del tiempo.

1. Haga doble clic en el módulo Masa.VoluntadcalidadEstablecer como7.2 kg。
2. Ejecute la simulación.
3. Para recargar los datos registrados, haga clic en la barra de herramientas de la ventana Simscape Results Explorer.Datos de importacion botón.En la ventana emergente que muestra los nombres de las variables de registro, haga clic enSeguro。