创建和模拟一个简单的模型
构建一个Simscape图
在这个例子中,你将建模一个简单的机械系统,并观察它在各种条件下的行为。本教程演示了构建物理模型的基本步骤并使您熟悉使用基本的Simscape™块。
请注意
有关节省时间的技术和分析模拟数据的先进方法,请参阅构建物理模型的基本步骤教程。
下面的示意图是一个简单的汽车悬架模型。它由一个弹簧和一个连接到物体(表示为质量)的阻尼器组成,该物体被一个力搅动。您可以更改模型参数,例如弹簧的刚度、物体的质量或力分布,并查看物体的速度和位置的结果变化。
要创建一个等价的Simscape图,请遵循以下步骤:
打开模型®库浏览器,如中所述Simscape块库.
创建一个新的Simulink模型空白模型模板。该软件在内存中创建一个空模型,并在一个新的模型编辑器窗口中显示它。
请注意
或者,你也可以打字
ssc_new
在MATLAB®命令提示符,以创建一个预先填充了某些必需的和常用的块的新模型。有关更多信息,请参见创建一个新的Simscape模型.默认情况下,Simulink Editor会隐藏模型图中的自动块名。若要显示用于训练目的的隐藏块名,请清除隐藏自动块名称复选框。有关更多信息,请参见管理块名称和端口.
打开Simscape >基础库>机械>翻译元素库。
拖动质量,平移春天,平移阻尼器,两个机械平移参考块放入模型窗口中。
如下图所示将方块定向。要旋转一个方块,选中它并按下Ctrl + R.
连接平移春天,平移阻尼器,质量块到其中一个机械平移参考如图所示。
要添加作用在质量上的力的表示,打开Simscape >基础库>机械>机械源库并添加理想的力量来源框图。
为了反映原原理图中显示的力的正确方向,翻转块的方向。与理想的力量来源块选定后,对格式选项卡在模型窗口的顶部,在安排,点击上下翻转.将区块的端口C(表示“case”)连接到第二个端口机械平移参考块和它的端口R(为“杆”)到质量块,如下所示。
增加传感器,测量物体的速度和位置。把理想的平移运动传感器块从机械传感器库到您的图中,并如下所示连接它。
现在需要添加源和作用域。它们可以在Simulink库中找到。打开Simulink > Sources库并复制信号编辑器块到模型中。然后打开Simulink > sink库并复制两个范围块。重命名范围块
速度
另一个是位置
.每次将Simulink源或作用域连接到Simscape图时,都必须使用适当的转换块,将Simulink信号转换为物理信号,反之亦然。打开Simscape > Utilities库并复制一个Simulink-PS转换器块和两个PS-Simulink转换器块放入模型中。如下所示连接块。
图中每个拓扑上不同的物理网络只需要一个解算器配置块,在Simscape > Utilities库中找到。复制此块到您的模型中,并通过创建分支点将其连接到电路中,并将其连接到唯一的端口解算器配置块。现在您的图表应该如下所示。
您的框图现在已经完成。将其保存为
mech_simple
.
修改初始设置
在将模型的框图组合在一起之后,如前一节,您需要选择一个求解器,并为配置参数提供正确的值。
要准备模拟模型,请遵循以下步骤:
选择一个Simulink求解器。在模型窗口中,打开建模选项卡并单击模型设置.打开“配置参数”对话框,显示解算器窗格。
下解算器的选择,设置解算器来
ode23t (mod.stiff /梯形)
.扩大解算器的细节并设置马克斯步长来
0.2
.还要注意,仿真时间指定在0到10秒之间。如果需要,您可以稍后调整此设置。
点击好吧关闭“配置参数”对话框。
保存模型。
运行仿真
在您构建了一个框图并为模型指定了初始设置之后,您就可以运行模拟了。
力的输入信号由信号编辑器块。编辑信号属性如下图所示。信号配置文件从一个值0开始,然后在4秒时有一个步长变化到1,然后在6秒时变回0。
速度作用域输出质量速度,位置作用域输出质量位移作为时间的函数。双击两个作用域以打开它们。
点击.Simscape求解器评估模型,计算初始条件,并运行模拟。有关此过程的详细描述,请参见Simscape模拟如何工作.完成这个步骤可能需要几秒钟的时间。模型窗口左下角的消息提供了状态更新。
一旦模拟开始运行,Velocity和Position作用域窗口将显示模拟结果,如下面的插图所示。
一开始,群众处于静止状态。然后在4秒时,随着输入信号的突然变化,质量速度在正方向上出现峰值,并逐渐返回到零。同时,由于惯性和阻尼的作用,质量位置的变化更加缓慢,并且只要有力作用在它上面,质量位置就保持在新的值。在6秒时,当输入信号变回零时,速度得到一个镜像峰值,质量逐渐回到初始位置。
你现在可以调整各种输入和块参数,看看它们对质量、速度和位移的影响。
调整参数
在运行初始模拟之后,您可以尝试调整各种输入和块参数。
尝试以下调整:
改变力的轮廓
这个例子展示了输入信号的变化如何影响力的分布,从而影响质量位移。
双击信号编辑器Block来打开它。
更改信号剖面,将其第一个垂直段从4秒移动到2秒,如下所示。关闭块对话框。
运行仿真。仿真结果如下图所示。
更改模型参数
在我们的模型中,力作用在一个物体上,作用在平行连接的平动弹簧和阻尼器上。这个例子显示了弹簧刚度和阻尼器粘度的变化如何影响质量位移。
双击平移春天块。设置它弹簧刚度来
2000 N / m
.运行仿真。弹簧刚度的增加导致质量位移的幅度变小,如下图所示。
接下来,双击平移阻尼器块。设置它阻尼系数来
500 N / (m / s)
.运行仿真。由于粘度的增加,质量达到最大位移和回到初始位置的速度都变慢了,如下图所示。
改变质量位置输出单元
在我们的模型中,我们使用了PS-Simulink转换器块的默认参数配置。因此,位置
Scope以默认长度单位(即米)输出质量位移。这个例子展示了如何将质量位移的输出单位更改为毫米。
双击PS-Simulink Converter1块。类型
毫米
在输出信号单元组合框,单击好吧.运行仿真。在
位置
范围窗口中,单击自动缩放瞄准镜y轴。质量位移现在以毫米为单位输出,如下图所示。