跨学科物理系统建模和仿真工具Simscape.

——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

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。

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。

Simscape Editing Modes 允许用户在 Simscape 下使用其工具和扩展产品(SimDriveline , SimHydraulics , SimMechanics 构建的模型进行仿真。只要拥有Simscape 的产品使用许可,并且安装了这些扩展产品,用户就可以仿真用这些扩展产品模块所建立的模型, 也可以调整模型中的参数——但是不能编辑模型。这样,在不同的团队之间共享模型时,用户无需额外购买扩展产品使用许可。

如果用户进一步添置扩展模块的使用许可,则可以全权使用扩展产品编辑和仿真模型功能。

在 Simulink 中同时建立装置对象和控制器模型

Simscape 建立的物理系统仿真模型可以与 Simulink 中的控制系统信号流模型相连,构成完整的系统闭环模型,实现在 Simulink 统一环境中多学科 /领域系统和控制器的联合仿真测试。

需要的产品

运行 Simscape 需要:

•MATLAB

•Simulink

•Simscape

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