Simscape模型如何表示物理系统- MATLAB和Simulink

如何Simscape模型代表物理系统

本节描述物理系统的数学表示的重要特征，以及Simscape™软件如何实现这些表示。你可能会发现这篇概述很有帮助，如果你:

数学表示是物理模拟的基础。有关模拟的更多信息，请参见Simscape模拟如何工作．

物理系统的数学表示包含常微分方程(常微分方程),代数方程,或两者兼而有之。

一个系统变量是微分的还是代数的，取决于它的时间导数是否出现在系统方程中。

一个数学问题是僵硬的如果您所寻求的解变化缓慢，但在容错范围内存在其他快速变化的解。一个刚性系统有几个不同大小的固有时间尺度[1]．

一个僵硬的物理系统有一个或多个在普通意义上表现为“僵硬”的部件，例如一个弹簧具有较大的弹簧常数。数学等效物包括准不可压缩流体和低电感。这样的系统在其某些组成部分或模态中经常表现出高频振荡。

事件是随着时间的推移，系统状态或动态的不连续变化;例如，阀门打开，或硬停。有关如何在Simscape语言中表示事件的更多信息，请参见离散事件建模．

一个零交叉是特定的事件类型，由数学函数变化符号的值表示。变步长求解器在检测到过零事件时采取更小的步长。较小的步骤有助于捕捉导致过零的动态，但它们也显著减慢了模拟。各种过零检测和分析方法帮助您在模拟速度和精度之间取得正确的平衡。有关更多信息，请参见管理Simscape模型中的零交叉．

Simscape模型相当于将一个或多个物理系统表示为物理网络的一组方程。

您的模型可以包含来自以下几个来源的过零条件:

Simulink软件有管理过零事件的全局方法。有关更多信息，请参见讨论二阶导数过零检测．

您可以在单个块上禁用过零检测，也可以在整个模型中全局禁用过零检测。过零检测可以提高仿真精度，但会降低仿真速度。

提示

如果精确的过零时间在模型中很重要，那么保持启用过零检测。禁用它会导致主要的模拟不准确。

除了通用的Simulink方法，Simscape软件还有一些特定的工具，可以让您检测和管理模型中的过零点:

在进行模拟之前，您可以使用Statistics Viewer来识别模型中潜在的过零信号。这些信号通常由包含不连续的运算符和函数生成，例如比较运算符，腹肌，√6函数，等等。在模拟过程中，有可能这些信号中没有一个产生过零事件，或者这些信号中的一个或多个有多个过零事件。有关更多信息，请参见视图模型的统计数据．
在记录模型的模拟数据时，可以选择日志仿真数据选择。然后，数据日志包括模拟期间实际的过零数据。有关更多信息，请参见日志仿真数据．
您可以通过使用Simscape Results Explorer访问和分析模拟期间记录的过零数据。有关更多信息，请参见关于Simscape Results Explorer．
的sscprintzcs函数根据日志模拟数据打印模拟过程中检测到的过零信息。在调用此函数之前，您必须在当前工作区中拥有模拟日志变量，其中包括模拟统计数据。有关更多信息和示例，请参见sscprintzcs．

在为实时仿真准备模型时，管理过零尤为重要。看到减少零交叉以获取此工作流的详细示例。

在使用Simscape语言为您自己的自定义块编写代码时，您可以通过在不连续条件表达式的不同实现之间切换，在模型中创建或避免过零条件。您可以:

使用关系运算符，它创建过零条件。例如，编写运算符关系:< b创建一个过零条件。
使用关系函数，它不会创建过零条件。例如，编写函数关系:lt (a, b)不创建过零条件。有关在Simscape语言中使用特定函数时是否会产生不连续的详细信息，请参见方程．

请注意

使用关系函数，比如lt (a, b)，在事件谓词中总是创建一个过零条件。有关事件谓词的更多信息，请参见离散事件建模．

[1]莫勒，c.b。MATLAB数值计算，费城工业与应用数学学会，2004年，第7章

P.霍洛维茨和W.希尔，电子的艺术，第二版，剑桥，剑桥大学出版社，1989年，第2章

[3]布罗根，W. L。现代控制理论，第二版，恩格尔伍德悬崖，新泽西州，普伦蒂斯-霍尔，1985年