Simscape что это такое
Документация
Как моделирование Simscape
Фазы симуляции Simscape
Вы можете найти этот краткий обзор полезным для построения моделей и понимания ошибок. Для получения дополнительной информации смотрите, Как Модели Simscape Представляют Физические системы.
Эта блок-схема представляет последовательность симуляции Simscape.
Блок-схема состоит из следующих главных фаз:
Проверка допустимости модели
Решатель Simscape сначала подтверждает настройку модели и проверяет ваши элементы данных от диалоговых окон блока.
Все блоки Simscape в схеме должны быть соединены в одну или несколько физических сетей.
Если ваша модель содержит жидкие элементы (такие как двухфазные жидкости, газ, сырой воздух, изотермическая или тепловая жидкость), каждая топологически отличная схема в схеме может содержать блок, который задает свойства жидкости для всех блоков, которые связывают со схемой. Если никакой жидкий блок не присоединен к циклу, блоки в этом цикле используют жидкость по умолчанию. Однако больше чем один жидкий блок в цикле генерирует ошибку.
Сетевая конструкция
После проверки модели решатель Simscape создает физическую сеть на основе следующих принципов:
Два непосредственно соединенных порта Сохранения имеют те же значения для всех своих переменных Across (таких как напряжение или скорость вращения).
Любая переменная Through (такой как текущая или крутящий момент) переданный вдоль линии Физического соединения разделена между несколькими компонентами, соединенными ветвями. Для каждой переменной Through сумма всех ее значений, текущих в точку разветвления, равняется сумме всех своих вытекающих значений.
Конструкция уравнения
На основе конфигурации сети, значений параметров в диалоговых окнах блока и глобальных параметров, заданных свойствами жидкости, если применимо, решатель Simscape создает систему уравнений для модели.
Эти уравнения содержат системные переменные следующих типов:
Dynamic — Производные времени этих переменных появляются в уравнениях. Динамический, или дифференциал, переменные добавляют динамику в систему и требуют, чтобы решатель использовал численное интегрирование, чтобы вычислить их значения. Динамические переменные могут произвести или независимые или зависимые состояния для симуляции.
Algebraic — Производные времени этих переменных не появляются в уравнениях. Эти переменные появляются в алгебраических уравнениях, но не добавляют динамики, и это обычно происходит в физических системах из-за законов сохранения, таких как сохранение массы и энергии. Состояния алгебраических переменных всегда зависят от динамических переменных, других алгебраических переменных или входных параметров.
Решатель затем выполняет анализ и устраняет переменные, которые не нужны, чтобы решить систему уравнений. После переменного устранения остающиеся переменные (алгебраический, динамический зависимый и динамический независимый политик) сопоставлены с вектором состояния Simulink модели.
Для получения информации о том, как просмотреть и анализировать переменные модели, видит Статистику Модели.
Расчет начальных условий
Решатель вычисляет начальные условия путем нахождения начальных значений для всех системных переменных, которые точно удовлетворяют всем уравнениям модели. Можно влиять на расчет начальных условий block-level variable initialization, то есть, путем определения приоритета и предназначаться для начальных значений на вкладке Variables диалоговых окон блока. Можно также инициализировать переменные для целой модели от сохраненной рабочей точки.
Значения, которые вы задаете во время переменной инициализации, не являются фактическими значениями соответствующих переменных, а скорее их целевыми значениями в начале моделирования ( t = 0 ). В зависимости от результатов решения некоторые из этих целей могут или не могут быть удовлетворены. Решатель пытается удовлетворить высокоприоритетным целям сначала, затем низкоприоритетные единицы:
Сначала, решатель пытается найти решение, где все высокоприоритетные переменные цели достигнуты точно, и низкоприоритетные цели аппроксимированы максимально тесно. Если решение найдено во время этого этапа, оно удовлетворяет всем высокоприоритетным целям. Некоторые низкоприоритетные цели могут также быть достигнуты точно, другие аппроксимированы.
После того, как вы инициализируете переменные и до симуляции модели, можно открыть Переменное Средство просмотра, чтобы видеть, какой из переменных целей удовлетворили. Для получения дополнительной информации об инициализации переменной блочного уровня смотрите Переменную Инициализацию.
Нахождение начального устойчивого состояния
Когда вы устанавливаете флажок Start simulation from steady state, решатель пытается найти устойчивое состояние, которое закончилось бы, если бы входные параметры к системе считались постоянные в течение достаточно долгого времени, начинающего с начального состояния, полученного из расчета начальных условий, только описанного. Если установившиеся решают, успешно выполняется, найденное состояние является некоторым устойчивым состоянием (в допуске), но не обязательно состояние, ожидаемое от данных начальных условий. Устойчивое состояние означает, что системные переменные больше не изменяются со временем. Симуляция затем начинает с этого устойчивого состояния.
Модель может иметь больше чем одно устойчивое состояние. В этом случае решатель выбирает установившееся решение, которое сопоставимо с переменными целями, заданными во время инициализации переменной блочного уровня. Для получения дополнительной информации смотрите Переменную Инициализацию.
Переходная инициализация
После вычисления начальных условий, или после последующего события (таких как получившийся разрыв, например, от открытия клапана, или от жесткого упора), решатель Simscape выполняет переходную инициализацию. Переходная инициализация фиксирует все динамические переменные и решает для алгебраических переменных и производных динамических переменных. Цель переходной инициализации состоит в том, чтобы обеспечить непротиворечивое множество начальных условий для следующей фазы, переходный процесс решают.
Переходный процесс решает
Наконец, решатель Simscape выполняет переходный процесс, решают системы уравнений. В переходном процессе решают, непрерывные дифференциальные уравнения интегрированы вовремя, чтобы вычислить все переменные как функцию времени.
Решатель продолжает выполнять симуляцию согласно результатам переходного процесса, решают, пока решатель не сталкивается с событием, таким как нулевое пересечение или разрыв. Событие может быть в физической сети или в другом месте в модели Simulink. Если решатель сталкивается с событием, решатель возвращается к фазе переходной инициализации, и затем обратно переходному процессу решают. Этот цикл продолжается до конца симуляции.
Simscape
Model and simulate multidomain physical systems
Simscape™ enables you to rapidly create models of physical systems within the Simulink ® environment. With Simscape, you build physical component models based on physical connections that directly integrate with block diagrams and other modeling paradigms. You model systems such as electric motors, bridge rectifiers, hydraulic actuators, and refrigeration systems, by assembling fundamental components into a schematic. Simscape add-on products provide more complex components and analysis capabilities.
Simscape helps you develop control systems and test system-level performance. You can create custom component models using the MATLAB ® based Simscape language, which enables text-based authoring of physical modeling components, domains, and libraries. You can parameterize your models using MATLAB variables and expressions, and design control systems for your physical system in Simulink. To deploy your models to other simulation environments, including hardware-in-the-loop (HIL) systems, Simscape supports C-code generation.
Get Started:
Getting Started with Simscape
Multidomain Schematics
Quickly assemble models spanning multiple domains.
Build Accurate Models Quickly
Assemble a schematic of your system with lines that represent physical (acausal) connections. The equations for the network of mechanical, electrical, hydraulic, and other components are derived automatically.
Документация
Simscape™ Electrical™ (раньше SimPowerSystems™ и SimElectronics ® ) обеспечивает библиотеки компонентов для моделирования и симуляции электронных, мехатронных и электроэнергетических систем. Это включает модели полупроводников, двигателей и компонентов для приложений, таких как электромеханическое приведение в действие, интеллектуальные сети и системы возобновляемой энергии. Можно использовать эти компоненты, чтобы оценить архитектуры аналоговой схемы, , чтобы разработать мехатронные системы с электроприводами, и анализировать генерацию, преобразование, передача, и потребление электроэнергии на уровне сети.
Simscape Electrical был разработан в сотрудничестве с Hydro-Québec Монреаля.
Примеры
Simscape, электронный, мехатронный, и энергосистемы
Создайте модель Simscape Electrical и параметрируйте блоки с помощью значений таблицы данных, запустите модель и исследуйте результаты.
Создайте модель двигателя постоянного тока, измените параметры, запустите модель и исследуйте результаты.
Специализированные энергосистемы
Создайте простую схему с помощью Simscape Electrical Специализированные блоки Энергосистем и соедините его с другими блоками Simulink.
Об электрическом моделировании и симуляции
Мехатронные системы модели, архитектуры аналоговой схемы и одна и многофазные системы электроэнергии, которые можно соединить с сетями в других областях Simscape.
Используйте (pu) систему на модуль, чтобы упростить вычисления системной симуляции электроэнергии и анализ.
Рекомендуемые примеры
Сравнение трехфазных типов порта
Сравнение Составных трехфазных портов по сравнению с Расширенными трехфазными портами. Первая схема показывает Источник Напряжения, сконфигурированный с Составным трехфазным портом. Блок Phase Splitter обеспечивает интерфейс к библиотеке основы Simscape™ электрические элементы. Вторая схема показывает Источник Напряжения, сконфигурированный с Расширенным трехфазным портом, который может соединить непосредственно с библиотекой основы Simscape электрические элементы. Источник Напряжения может быть изменен от Составного объекта до Расширенных трехфазных портов при помощи опции выбора блока Simscape в контекстном меню щелчка правой кнопкой.
PWM-управляемый двигатель постоянного тока
Как использовать Управляемое Напряжение PWM и H-мостовой-брусья, чтобы управлять двигателем. Блок двигателя постоянного тока использует параметры таблицы данных производителя, которые задают двигатель как поставку механической энергии на 10 Вт в 2 500 об/мин и скорости без загрузок как 4 000 об/мин, когда запущено от 12-вольтового предоставления DC. Следовательно, если ссылочное напряжение PWM установлено в свое максимальное значение +5V, то двигатель должен достигнуть 4 000 об/мин. Если это установлено в +2.5V, то это должно запуститься на уровне приблизительно 2 000 об/мин. Параметр Имитационной модели устанавливается на Усредненный и для Управляемого Напряжения PWM и для H-мостовой-брусьев, приводящих к быстрой симуляции. Чтобы подтвердить усредненное поведение, измените параметр режима Simulation в PWM в обоих блоках.
Треугольный генератор волны
Реализация треугольной схемы генератора волны с помощью двух операционных усилителей. Первая стадия схемы является компаратором, созданным из операционного усилителя. Выход компаратора ограничивается приблизительно плюс или минус 5 вольт этими двумя диодами Зенера. Ограничения, наложенные диодами Зенера, приводят к прямоугольной волне.
Аналоговый фильтр сглаживания
Аналоговая реализация фильтра сглаживания для использования с Аналого-цифровым преобразователем. Частота среза фильтра установлена в 500 Гц для того, чтобы совпадать с частотой дискретизации Аналого-цифрового преобразователя 1 кГц. Тестовый сигнал включает желаемую синусоиду на 50 Гц плюс более высокая частотная составляющая на уровне 1100 Гц, которые не могут быть получены с частотой дискретизации A-to-D на 1 кГц. Осциллограф показывает записанный сигнал без и со сглаживанием. С фильтром сглаживания амплитуда синусоиды на 50 Гц правильно измеряется с амплитудой 1 и соответствующей степенью 0.5 Вт, i.e., 27dBm для ссылочной загрузки на 1 Ом.
Управление прерывателем среднего значения
Управляйте прерывателем с четырьмя квадрантами. Подсистема Управления реализует простой основанный на PI алгоритм управления для управления текущим выходом. Модель Chopper среднего значения используется, чтобы ускорить симуляцию. Симуляция использует и положительные и отрицательные ссылки. Общее время симуляции (t) составляет 1 с. В t = 0,5 с, полярность источника постоянного тока загрузки E изменения.
Управление напряжением понижающего конвертера
Управляйте выходным напряжением понижающего конвертера. Чтобы настроить рабочий цикл, подсистема Управления использует основанный на PI алгоритм управления. Входное напряжение рассматривается постоянным в течение симуляции. Переменный резистор обеспечивает загрузку для системы. Общее время симуляции (t) составляет 0,25 секунды. В t = 0,15 секунды, изменения загрузки.
Электроэнергия помогла регулированию
Используйте Постоянный магнит синхронный двигатель (PMSM), чтобы усилить приложенную силу драйвера в автомобильной руководящей системе с усилителем.
Сборщик энергии
Как эффективность сборщика энергии вращения может быть исследована с помощью простой представительной модели. Электроэнергия производится из нецентрированной массы, присоединенной к валу двигателя постоянного тока. Масса, геометрия, моторные и электрические параметры должны быть соответствующими к ожидаемому механическому возбуждению. Сгенерированная электроэнергия меньше, чем извлеченная механическая энергия, в основном, из-за потерь обмотки электродвигателя и вязкого трения для ротора. Этот пример основан на Nunna, K. «Конструктивное соединение и присвоение затухания основанное на пассивности управление с приложениями», Imperial College Лондона (2014). Модель здесь упрощена, не использован конвертер DC-DC.
Определение количества IGBT тепловые потери
Генерация температурного профиля на основе потерь переключения и проводимости в биполярном транзисторе с изолированным затвором (IGBT). Существует два понижающих конвертера. Для одного конвертера IGBT присоединяет к Фостер тепловой модели. Для другого конвертера IGBT присоединяет к Cauer тепловой модели. Параметры для тепловых моделей настраиваются, чтобы дать примерно эквивалентные результаты. Во времени симуляции 50 мс частота переключений изменяется с 40 кГц до 20 кГц, что увеличивает потери проводимости и уменьшает потери переключений. Изменение в потерях приводит к соответствующему изменению в температуре IGBT.
Зависимая частотой линия электропередачи
Определение количества IGBT тепловые потери
Генерация температурного профиля на основе потерь переключения и проводимости в биполярном транзисторе с изолированным затвором (IGBT). Существует два понижающих конвертера. Для одного конвертера IGBT присоединяет к Фостер тепловой модели. Для другого конвертера IGBT присоединяет к Cauer тепловой модели. Параметры для тепловых моделей настраиваются, чтобы дать примерно эквивалентные результаты. Во времени симуляции 50 мс частота переключений изменяется с 40 кГц до 20 кГц, что увеличивает потери проводимости и уменьшает потери переключений. Изменение в потерях приводит к соответствующему изменению в температуре IGBT.
Использование устройства Пельтье как термоэлектрический вентилятор
Устройство Пельтье, работающее в охлаждающемся режиме с горячей температурой стороны 50 degC. В охлаждающемся режиме Коэффициент эффективности (COP) ячейки Пельтье равен общему теплу, переданному через Термоэлектрический вентилятор (TEC), разделенный на электрическую входную мощность, COP = Qc/контакт.
Электрический трансформатор с гистерезисом
Смоделируйте пользовательский трансформатор, который показывает гистерезис при помощи блока Non Linear Reluctance в магнитной схеме. Трансформатор оценивается для загрузки на 50 Вт и шагов по сравнению с 120 В к 12-вольтовой RMS. Комната сопротивления намагничивания моделируется в магнитной области с помощью блока Eddy Loss.
Схема PWM Используя 555 таймеров
Модулируемый шириной импульса (PWM) вывел реализованное использование 555 Таймеров в неустойчивом режиме. Рабочий цикл установлен потенциометром, P1. Потенциометром управляют во время времени выполнения через Ручку управления Рабочего цикла. Осциллограф показывает результирующий выход от 555 Таймеров. Чтобы закончить симуляцию, нажмите на кнопку Stop.
Документация
Simscape™ позволяет вам быстро создать модели физических систем в Simulink ® среда. С Simscape вы создаете физические модели компонента на основе физических соединений, которые непосредственно объединяются с блок-схемами и другими парадигмами моделирования. Вы моделируете системы, такие как электродвигатели, мостовые выпрямители, гидравлические приводы и системы охлаждения путем сборки основных компонентов в схематическое. Продукты дополнения Simscape обеспечивают более комплексные компоненты и аналитические возможности.
Simscape помогает вам разработать системы управления и проверить производительность уровня системы. Можно создать модели собственного компонента с помощью MATLAB ® основанный язык Simscape, который включает основанную на тексте авторскую разработку компонентов физического моделирования, областей и библиотек. Можно параметрировать модели с помощью переменных MATLAB и выражений, и спроектировать системы управления для физической системы в Simulink. Чтобы развернуть ваши модели в другие среды симуляции, включая оборудование в цикле (HIL) системы, Simscape поддерживает генерацию кода C.
Запуск
Изучите основы Simscape
Физическое моделирование
Методы типовой конструкции и лучшие практики, проблемно-ориентированное моделирование, физические единицы измерения
Настольная симуляция
Выбор решателя, переменная инициализация, обрезка и линеаризация, регистрация данных
Симуляция в реальном времени
Фиксированный шаг, симуляция фиксированных затрат; аппаратно-программное моделирование
Развертывание
Генерация кода, совместно используя модели с блоками продукта дополнения
Индивидуальная настройка
Собственный компонент и моделирование области с помощью языка Simscape
Русские Блоги
SimScape Simulation Solver Исследования
Сделать лучший решатель для физического моделирования
Для концепций ключевых симуляций для рассмотрения перед выполнением этих вариантов см. «Важные концепции и выбор в физическом симуляции».
Моделирование с переменными временными шагами (имитация с помощью переменного времени)
Для типичной модели SIMSCAPETM MathWorks рекомендует использовать Simulink® для преобразования для украшения ODE15S и ODE23T. В этих двух глобальных решателях:
— Solver ODE15S более стабилен, но легко ослабляться колебание.
— SOLVER ODE23T может лучше захватить колебание, но нестабильные.
С помощью модели SimScape эти растворители могут одновременно решать дифференциальные и алгебраические части физической модели, так что моделирование более точнее и эффективно.
В модели SimScape MathWorks рекомендует реализовывать фиксированные шаги, продолжая использовать глобально конвертируемое разложение и через каждый блок конфигурации сетевого решателя для переключения на локальный решающий фиксированный шаг. Выбор локального решателя:
Обратный элюр имеет тенденцию подавлять колебания, но более стабильно, особенно когда шаг времени увеличивается.
Трапецеидаль может лучше захватывать колебания, но нестабильные.
Разделение позволяет увеличить скорость моделирования в реальном времени, разделив всю группу уравнений, соответствующую сетью SIMSCAPE, в серию меньших уравнений. Не все сети могут быть разделены.Однако, когда система может быть разделена, этот решатель может значительно улучшить скорость моделирования в реальном времени.Отказ Для получения дополнительной информации см. Использование поиска раздела для улучшения скорости моделирования.
Независимо от того, какой локальный решатель выбран, он всегда будет использовать метод обратного эльтера в следующих ситуациях:
После мгновенных изменений, когда в соответствующем блоке происходит внутреннее дискретное изменение. Эти изменения включают блокировку и разблокировку сцепления, открытие и закрытие привода клапана и переключение асинхронного отбора проб и удерживающих блоков.
Переключиться на дискретное состояние и решить
Если физическая сеть переключается на локальный решатель, глобальный решатель обрабатывает сеть как дискретное состояние.
Если другая физическая сеть в модели не использует локальный решатель, или часть без SIMSCape модели имеет непрерывное состояние, необходимо использовать непрерывный глобальный решатель.
Если все физические сети в модели используют частичный решатель, все порции без SimScape у модели имеют только дискретные состояния, глобальный решатель может на самом деле можно увидеть дискретное состояние. В этом случае MathWorks рекомендует использовать дискретные фиксированные шаги Global Solver. Если вы попытаетесь использовать дискретное состояние, чтобы исправить эмуляцию затрат, вы должны использовать дискретное, фиксированное глобальное разрешение по размеру шага.
Максимальная точность реализуется фиксированными шагами
Если точность решения является вашим основным требованием, используйте Global Simulink Fixed Step Shop ODE14X без использования локального решателя. Для физических систем этот неявный решатель является лучшим глобальным фиксированным выбором шага. Хотя точнее для большинства моделей более точнее, то более точное, чем у SimScape Partial Solver, но при одновременном использовании ODE14X интенсивность расчета и скорость ODE14x могут быть выше при использовании в сочетании с локальным решающим средством.
В этом решении глобальная неявная имущественная имущественная часть каждого этапа времени должна быть ограничена. Эти итерации контролируются с использованием параметра «Ньютон итерации» в панели «Solver» диалогового окна «Параметры конфигурации».
Simulang Wixed стоимость
Многие модели SimScape должны найти решения за один раз и шаги. Эти итерации должны быть ограничены, если стоимость моделирования каждый шаг времени должна быть зафиксирована, будь то локальный решатель или глобальный решатель, такой как ODE14X. Для получения дополнительной информации см. Неудивительно, ограниченное и фиксированную стоимость аналогового и в реальном времени.
Чтобы ограничить количество итераций, откройте блок конфигурации решателя каждой физической сети. Выберите «Использовать элементы предварительной среды выполнения фиксированной стоимости» и установите ограничения количества нелинейных и мод итераций для каждого шага на каждый раз.
Устранение неисправностей и улучшение решателя
Рассмотрим базовый барьер веса между скоростью и точностью и стабильностью. Более большие шаги или допуски приведут к более быстрому моделированию, но также снижают точность и устойчивость. Если система внезапно или быстрых изменений, большие допуски или шаги приведут к серьезным ошибкам. Если ваше моделирование учитывает затяжка допуска или шаги:
Не достаточно точно или не выглядит неправда.
Отображение разрыва значения состояния.
Минимальный шаг, который не сходится, обычно представляет собой одно или несколько событий или быстрых изменений за шагом времени.
Любой или все эти шаги могут повысить точность, но это сделает симулятор запустить медленнее.
Для местного решателя
Модели с трением или жесткими остановками особенно трудно для локального решателя и могут не работать или не требуют очень маленьких шагов времени.
С помощью трапециевидного правила решателя, с увеличением временных шагов, колеблющихся «звонких» может стать большей проблемой. Чтобы занять большее время в местном решающем решающем, рассмотрите возможность переключения на обратную элюру.
Для систем ODE.
В некоторых случаях ваша модель упрощается в систему ODE, без нескольких переменных фактора. (Посмотрите, как модель SimScape представляет физические системы.) Если это так, любое глобальное решение Simulink можно использовать без специальных мер предосторожности физического моделирования. В этом случае явный решатель обычно является лучшим выбором.
Тщательно анализируя, вы можете определить, что ваша модель представлена системой ODE.
Если вы создаете модель SimScape в виде математического представления с использованием языка SimScape, вы можете напрямую определить, является ли результирующая система ODE.
Для больших систем
В зависимости от количества системных состояний, если вы переключите значение настройки «линейной алгебры» в блоке «Конфигурация Solver», вы можете имитировать более эффективно.
Для небольших систем полностью предоставляет более быстрые результаты. Для больших систем редкий обычно быстрее.
Несколько частичных рельферов примеров смешанных жестких нежестких систем (множественные локальные растворители пример со смешанной жесткозащитной системой)
В этом примере модель SimScape содержит три физических сети.
1 и 3 Используйте частичный решатель, чтобы два сетя, по-видимому, имели дискретное состояние в глобальном разрешении. Внутри эти сети все еще имеют непрерывное состояние. Эти сети являются средние жесткие и очень жесткие.
Одна из этих сетей (№ 1) использует обратный пуль (быть) локальный решатель. Другим (Digital 3) использует трапециевидное правило (TR) частичного решателя.
Остальная часть сети (№ 2) использует глобальный решатель Simulink. Его состояние отображается в модели. Сеть не строго, но является чистой одой. Используйте явный глобальный решатель.
Поскольку есть по меньшей мере одна сеть в модели выглядит непрерывной, необходимо использовать непрерывный решатель. Однако, если сеть 2 удаляется, и модель не включает в себя непрерывное состояние Simulink, Simulink автоматически переключается в дискретное глобальное разрешение. 
https://www.mathworks.com/help/releases/R2019b/physmod/simscape/ug/making-optimal-solver-choices-for-physical-simulation.html