Matlab中的Simulink和SimMechanics做仿真

这里我们利用Matlab中的Simulink和SimMechanics做仿真，那么先来看看相关的资料。

SimMechanics——机械系统建模和仿真SimMechanics 扩展Simscape™ 在三维机械系统建模的能力。

用户可以不进行方程编程，而是借助该多刚体仿真工具搭建模型，这个模型可以由刚体、铰链、约束以及外力组成。

自动化3-D动画生成工具可做到仿真的可视化。

用户也可通过从CAD系统中直接导入模型的质量、惯量、约束以及三维几何结构。

Real-Time Workshop可以对SimMchanics模型进行自动化C代码生成，并在硬件在回路仿真过程中可以使用生成的代码而不是硬件原型测试嵌入式控制器。

SimMechanics可以用于开发悬架、机器手臂、外科医疗设备、起落架和大量的其它机械系统。

用户也可以在SimMechanics环境下集成其它的MathWorks物理建模工具，这样做可以实现更加复杂跨领域的物理建模。

特点：∙提供了三维刚体机械系统的建模环境∙包含了一系列分析机械运动和设计机械元件尺寸的仿真技术∙三维刚体可视化仿真∙SimMechanics Link utility，提供Pro/ENGINEER 和SolidWorks CAD平台的接口并且也提供了API函数和其它CAD平台的接口∙能够把模型转化为C代码（使用Real-Time Workshop）∙由于集成在Simulink环境中，因此可以建立高精度、非线性的模型以支持控制系统的开发和测试。

强大功能：搭建机械系统模型使用SimMechanics用户仅需要收集物理系统信息即可建立三维机械系统模型。

使用刚体、坐标系、铰链和作用力元素定义和其它Simulink模型直接相连的部分。

这个过程可以重用Simulink模型以及扩展了SimMechanics工具的能力。

用户还可把Simulink模型和SimMechnics模型集成为一个模块，并可封装成可在其它模型中复用的子系统。

机械系统建模仿真和分析SimMechanics包含如下子系统：∙使用Simulink查表模块和SimMechanics传感器和作动器定义的非线性的弹性单元∙用来定义航空器件压力分布的空气动力学拖曳模块，例如副翼和方向舵∙车辆悬架系统，例如防侧翻机械装置和控制器∙轮胎模型SimMechanics 系统包含如下模块：∙具有质量的实体单元；∙平移和旋转连接铰链单元；∙向机械系统提供力和力矩作用的激励单元，可接受Simulink 模型的信号；∙测量机械系统运动物理量的传感器单元，可向Simulink 模型输出信号。

机械系统动画显示SimMechanics中可以用Virtual Reality工具箱或是MATLAB图形方式生成系统三维动画。

MATL AB图形方式能提供基本的动画显示，Virtual Reality工具箱则能提供更加高级、真实的动画。

两种工具都可以用来显示机械系统的数值分析结果。

实体、铰链、约束和坐标系统SimMechanics 支持任意数量的实体。

实体通过质量属性，坐标系统定义，并通过铰链与其它实体相连。

可以在系统的运动实体上添加相应的运动约束。

约束通过使用Simulink 信号限定实体，并以时间函数的形式驱动实体运动来实现。

SimMechanics 界面为定义坐标系统，约束和驱动条件以及力/力矩的定义提供了多种方式。

包括：∙在实体上连接多个本地坐标，用于施加作用条件和测量物理量∙通过添加自己订制的模块来定制扩展铰链库∙在SimMechanics模块中使用MATLAB表达式和Simulink工具激励器和传感器Simulink和SimMechanics模块之间的联系通过激励器和传感器模块来完成。

激励器使用Simulin k信号指定实体或铰链上的力和运动，包括：∙指定实体或铰链的运动参数，如按某种时间函数变化的位移、速度或加速度∙用Simulink信号（包括系统中传感器的反馈信号）指定力和力矩并施加在实体或铰链上∙检测由不连续摩擦力引起的离散事件∙计算系统的初始状态（位移和速度），用于动力学仿真∙传感器模块用来检测实体和铰链的运动参数，并输出为Simulink 信号。

包括：o在Simulink 示波器模块中显示系统的位移、速度和加速度o监视系统中的作用力机械运动的仿真和分析SimMechanics 为机械系统提供了如下仿真/分析方式：∙正向动力学分析—求解机械系统在给定激励下的响应；∙逆向运动学和动力学分析—求解机械系统在给定运动结果时所需的力和力矩；∙线性化分析—可求得系统在指定小扰动或初始状态下的线性化模型，以分析系统响应性能；∙平衡点分析—可以确定稳态平衡点，供系统分析和线性化使用。

代码生成使用Real-Time Workshop工具可以对SimMechanics模型进行自动代码生成，用户利用生成的代码实现下列功能：∙建立SimMechanics模型相对应的可执行文件，可以集成到C程序和其它MATLAB程序中的可执行文件∙将SimMechanics模型下载到实时的处理器中进行硬件在回路仿真∙对C代码进行编译以提高模型的运算速度CAD组件导入SimMechanics使用SimMechanics Link，用户能够从CAD组建中自动化生成SimMechanics模型。

SimMecha nics Link能够导出关键数据并保存到数据文件中。

构件中各个部分的质量和惯量能够转化为SimMecha nics的刚体参数。

对于SolidWorks和ProEngineer模型，用户可以安装一个插件用于保存CAD构件，文件形式为X ML格式，并且这个XML文件可以导入到SimMechanics中。

对于其它的CAD系统，SimMechanics Link提供一套API函数，用户借助这些API函数可以和CAD系统相关联。

SimMechanics Link需要MATLAB License，下载网页为：/products/simmechanics/download_smlink.html多领域物理建模由于是集成在Simulink和MATLAB环境中，因此可以使用MATLAB提供的工具箱和Simulink模块库仿真和搭建模型，这个模型既可以是被控对象模型也可是控制器模型，即使SimMechanics的信号具有物理量纲，也可以把这类信号和Simulink普通模块进行相连(使用激励器和传感器)。

总而言之，用户可以在一个统一的平台上开发、测试模型。

需要的产品：使用SimMechanics需要∙MATLAB∙Simulink∙Simscapesimuscape——跨学科物理系统建模和仿真工具Simscape是在Simulink基础上的扩展工具模块，用来建立多种不同类型物理系统的建模并进行仿真，例如由机械传动，机构，液压和电气元件构成的系统。

Simscape可以广泛应用于汽车业，航空业，国防和工业装备制造业。

Simscape同SimMechanics，SimDriveline，SimHydraulics和SimPowerSystems一起，可以支持复杂的不同类型（多学科）物理系统混合建模和仿真。

∙使用统一环境实现多种类型物理系统建模和仿真，包括机械，电气和液压系统；∙使用基本物理建模单元构造模型，并提供了建模所需的模块库和相关简单数学运算单元；∙用户可自己指定参数和变量的单位，模块内部自动实行单位转换和匹配；∙具有连接不同类型物理系统的桥接模块；∙具备扩展产品所建模型的全权仿真和受限编辑功能，单独运行仿真时无需SimMechannics ，SimDriveline和SimHydraulics的产品使用许可。

强大功能多学科系统物理建模在Simscape的环境中，用户的建模过程如同装配真实的物理系统。

Simscape 采用物理拓扑网络方式构建模型：每一个建模模块都对应一个实际的物理元器件，例如油泵、马达或者运算放大器；模块之间的连接线代表元件之间装配和能量传递关系。

这种建模方式直观的表现出物理系统的组成结构，而不是用晦涩的数学方程。

Simscape根据模型所表达的系统组成关系，自动构造出可以计算系统动态特性的数学方程。

这些方程可同其他Simulink模型一起结合运算。

Simscape的建模库提供超过24个电气建模单元，15个液压建模单元，23个机械建模单元；这些单元之间可以互相连接，联合建模。

这些基本的单元也可以组合起来，构造更加复杂的器件模型。

Simscape模型中的Sensor模块用来测量机械量（力/力矩，速度），液压量（压力，流量）或电气量（电压，电流），测量输出的信号量可以输出给标准的Simulink模块处理。

而Source模块能够将标准的Simulink信号转换成同等量值的上述物理信号。

Sensor和Source模块的使用将Simulink控制算法模型同Simscape物理网络拓扑模型有机的结合起来，可实现闭环控制算法开发。

创建自定义元件Simscape的基础建模单元库支持从基本的建模单元组合定制模型元件。

∙机械系统建模Simscape提供了一维平移/旋转机械的建模模块。

机械系统元件的变量，将与系统中的液压和电气系统模型物理量同时解算。

用于机械系统的Sensor和Actuator模块则可以连接由Simechanics和SimDriveline创建的更精细的模型。

∙电气系统建模Simscape提供了代表电子元件和电路的电气模型。

电气系统元件的变量，将与系统中的液压和机械系统模型物理量同时解算。

用于电气系统的Sensor和Actuator 模块则可以连接由SimPowerSystem创建的更精细的模型。

∙液压系统建模Simscape提供了液压系统的建模模块，可对基本的液压特性进行建模和计算；也可以进一步组合出更加复杂的液压元件。

这些模块定义了各种物理过程中压力和流量的相互关系，如压缩性，流体惯性，摩擦损失，能量转换和固定节流口/可变节流口出流。

通过输入流体属性数据，用户可以自己定义流体特性。

使用Simhydraulics 则可以构建更加精细的液压元件模型。

∙物理信号在Simscape中，用户可以直接操作物理量信号。

信号和参数的单位直接在模块设定的对话框中输入，Simscape在求解物理网络模型时将自动进行必要的单位转换。

Physical Signal 模块库支持对物理信号的数学操作，可以在物理模型网络中直接构建运算模型。

Simscape模块之间通过Physical Signal ports端口相互连接，这样各种类型的物理系统可以方便的集成。

使用基础元件库提供的建模单元，用户可以构建更多复杂的元件，扩展出更多种类的物理模型。

在Simulink环境中，组合好的模型可以进一步封装形成可复用和共享的元件库。