Maple 常规应用介绍

基于Maple & MapleSim的科学计算·多领域物理建模和仿真平台

2010-6-4

Maplesoft提供了高效的科学计算和多领域物理建模仿真平台协助您完成项目，从最初的需求分析、方案设计、科学计算、到系统建模、控制策略设计、虚拟样机、优化、代码生成、硬件在环测试HIL、以及项目文件，让你更好地控制项目。

关于Maple：Maple是目前世界上最为通用的数学和工程计算软件之一，在数学和科学领域享有盛誉，有“数学家的软件”之称。Maple提供智能界面求解复杂数学问题和创建技术文件，集成世界上最强大的符号计算和高性能数值计算引擎，内置超过4000个符号和数值计算命令，覆盖几乎所有的数学分支。

谁在使用Maple：

∙高等院校的理工科教育工作者：理工科类。

∙研究所的科研人员：工程、数学、物理、等等。

∙任意需要科学计算的工程师：工程设计表单、控制工程、系统仿真、信号处理、电力电子、金融分析、物流优化、建筑、数据处理、优化、等等。

关于MapleSim：MapleSim是一个高性能、多领域物理建模和仿真工具，提供图形化的设计环境，让用户在单一的环境中通过简单和直观的方式完成各种系统的建模、分析和仿真。与其他工具相比，MapleSim 采

用了独一无二的高级符号计算技术和数值-符号混合求解器，自动生成和简化模型，生成简洁和数值高效的系统方程，实现高性能仿真和实时应用。

谁在使用MapleSim：

∙汽车和地面交通：车辆动力学；噪声，振动与平顺性（NVH）；动力总成；混合动力和电动汽车（HEV/EV），有轨列车；行业车辆。

∙航空航天：无人驾驶飞行器（UAV），空间机器人，飞机动力学，导航和控制。

∙制造：机器设计和分析，机器人。

∙科研和教学：机电一体化，机器人，控制。

∙能源（包括风能和核能），电子。

∙等等...

1. 典型应用：符号和数值计算工具

Maplesoft 核心的符号和数值技术经过超过25年的持续开发，目前被公认为具有世界上最优秀的数学和符号计算功能。Maple是基于数学公式处理技术的工程分析环境，通过数值和符号混合计算引擎，您可以轻松实现对定义为数学公式的物理模型的分析和仿真。

现在，MapleSim使用相同的核心算法，自动完成需要大量时间的手工推导系统方程的工作。当运行建立的模型时，MapleSim自动生成和简化系统的控制方程。高级符号技术消除冗余方程和有问题的元素，如代数环，解决由微分代数方程引起的复杂性。然后，强大的数值求解器处理系统描述获得最终的仿真结果。

最后，结果模型可在Maple中完成任意的数学分析，例如提取系统或子系统的方程、数据处理、系统分析、优化、灵敏度分析、Monte Carlo模拟等。

与传统工程软件不同，甚至有别于旧版本的Maple，新版本Maple为工程师提供了大量特别的功能，庞大的数学求解器可用于各种工程领域，如微分方程、矩阵、各种变换包括FFT、统计、小波、等等，超过5000个计算命令让您通常只需要一个函数就可以完成复杂的分析任务。

2. 典型应用：多领域系统建模和仿真

在单一的环境中组合机械、电子、液压、控制等十多个领域的组件建模和仿真，采用独一无二的符号-数值混合求解器，计算更快、更精确，戏剧性地缩短项目开发周期。

3. 典型应用：多体动力学系统仿真（运动学·动力学·逆动力学等）

一些重点领域，如机电一体化、机器人、生物机械、车辆动力学等，需要多体系统的高保真模型。传统上，例如汽车的安全操控、运动和振动的特征等，使用了简化的模型进行分析。近几年，通过使用MapleSim 的基于专有图论技术的多体动力学库，可以对模型进行详细的分析。

MapleSim引擎使用了高级符号处理技术，能够自动生成多体系统的运动方程，并对系统方程进行优化处理，从而获得模型的高速仿真。此外，使用多体模型元件生成的模型能够自动生成3D动画。

您也可以使用MapleSim Simulink Connector和MapleSim LabVIEW Connector工具箱输出MapleSim多体模型到Simulink或LabVIEW中，实现联合仿真和硬件在环测试。

4. 典型应用：控制系统分析和设计

Maple Control Design Toolbox与Maple中的DynamicSystems等函数包组合使用，可以覆盖控制系统开发的所有步骤，例如模型线性化和定义，高级PID控制器设计和调整，现代控制和观察等。

5. 典型应用：代码生成用于实时应用

对于MapleSim中生成的高度优化的模型，可与dSPACE、PXI, FPGA 等硬件的连接，生成优化的代码，用于硬件在环回路的实时仿真等。与传统的工具相比，这些代码会快许多倍，让您完成以前不能用于实时仿真的模型。

MapleSim使用了独特的符号简化技术，生成高度数学模型非常简洁、高效，一些应用例子表明MapleSim 生成的多体机构模型与其他系统（如ADAMS和SimMechanics®）生成的模型相比，运行速度要快，这让工程师可以开发更好的高保真模型用于硬件在回路实验。

在近期的一个设计项目中，工程师使用MapleSim开发了“雪佛兰春分”的车辆模型，包括充气轮胎（22个自由度，36个状态空间变量，等）以及其他一些必要的模块，生成的系统导入到Simulink中，然后通过实时工作平台运行在dSPACE模型中。使用一个适中的仿真器(PowerPC 1 GH3)，仍可获得63 μs的刷新率。相比ADAMS同样的ADAMS模型要快20倍，比SimMechanics快16倍。

6. 典型应用：参数分析和优化

使用Maple/MapleSim进行建模一个非常好的功能是可以非常容易地将模型运行在大量“what-if”设想下，快速优化并重新定义设计参数。在优化分析模板，您可以快速提取系统方程中参数，选择并调整参数值，立即显示参数值对应的仿真结果图，对比仿真结果。您也可以使用Global Optimization Toolbox编程方式更灵活的方式实现全局优化。