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平移机械变换器(G)

气体和机械平移网络之间的接口

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  • 库:

  • Simscape / Foundation Library / Gas / Elements

  • 平移机械转换器(G)块

描述

的平移机械变换器(G)Block模拟了气体网络和机械平移网络之间的接口。缸体将气体压力转换为机械力，反之亦然。它可以作为线性执行器的组成部分。

转炉内的气体体积是可变的。压力和温度根据气体体积的可压缩性和热容量而变化。的机械方向参数可以指定气体体积的增加是否会导致端口的正位移或负位移R相对于端口C．

港口一个是与转炉入口相关联的气体保存端口。港口H是与转炉内气体温度相关的热保存端口。港口R而且C分别是与移动界面和转换器外壳相关联的机械平移保存端口。

质量平衡

质量守恒方程与定容室(G)块，加上一个与气体体积变化相关的附加术语:

∂ 米 ∂ p ⋅ d p 我 d t + ∂ 米 ∂ T ⋅ d T 我 d t + ρ 我 d V d t ＝ 米 ˙ 一个

地点:

  • ∂ 米 ∂ p 是在恒定的温度和体积下，气体体积的质量对压强的偏导数。

  • ∂ 米 ∂ T 是在恒定的压强和体积下，气体体积的质量对温度的偏导数。

  • p我是气体体积的压强。港口压力一个假设等于这个压强，p一个＝p我．

  • T我是气体体积的温度。港口温度H假设等于这个温度，TH＝T我．

  • ρ我是气体体积的密度。

  • V是气体的体积。

  • t是时间。

  • 米 ˙ 一个港口的质量流量是多少一个．当端口流入块时，与端口相关的流速为正。

能量平衡

能量守恒方程也与定容室(G)块。附加项表示气体体积的变化，以及气体在移动界面上所做的压力-体积功:

∂ U ∂ p ⋅ d p 我 d t + ∂ U ∂ T ⋅ d T 我 d t + ρ 我 h 我 d V d t ＝ Φ 一个 + 问 H

地点:

  • ∂ U ∂ p 是气体体积的内能在恒定的温度和体积下对压强的偏导数。

  • ∂ U ∂ T 是气体体积的内能在恒定压强和体积下对温度的偏导数。

  • Ф一个港口的能量流率是多少一个．

  • 问H端口的热流率是多少H．

  • h我是气体体积的比焓。

完美和半完美气体模型的偏导数

质量的偏导数米热力学能U气体体积，相对于恒定体积下的压力和温度，取决于气体性质模型。对于完美和半完美气体模型，方程为:

∂ 米 ∂ p ＝ V ρ 我 p 我 ∂ 米 ∂ T ＝ − V ρ 我 T 我 ∂ U ∂ p ＝ V （ h 我 Z R T 我 − 1 ） ∂ U ∂ T ＝ V ρ 我 （ c p 我 − h 我 T 我 ）

地点:

  • ρ我是气体体积的密度。

  • V是气体的体积。

  • h我是气体体积的比焓。

  • Z是压缩因子。

  • R是气体比常数。

  • cπ是气体体积在恒压下的比热。

真实气体模型的偏导数

对于真实气体模型，质量的偏导数米热力学能U气体体积在恒定体积下，相对于压力和温度的为:

∂ 米 ∂ p ＝ V ρ 我 β 我 ∂ 米 ∂ T ＝ − V ρ 我 α 我 ∂ U ∂ p ＝ V （ ρ 我 h 我 β 我 − T 我 α 我 ） ∂ U ∂ T ＝ V ρ 我 （ c p 我 − h 我 α 我 ）

地点:

  • β是气体体积的等温体积模量。

  • α为气体体积的等压热膨胀系数。

气体的体积

气体体积取决于移动界面的位移:

V ＝ V d e 一个 d + 年代 int x int ε int

地点:

  • V死是死音量。

  • 年代int为界面截面积。

  • xint是界面位移。

  • εint为机械取向系数。如果机械方向是A处的压强导致R相对于C的正位移，εint= 1．如果机械方向是A处的压强导致R相对于C的负位移，εint= 1．

如果将转换器连接到多体接头，请使用物理信号输入端口p指定端口的位移R相对于端口C．否则，该块根据相对端口速度计算接口位移。当气体体积等于死体积时，界面位移为零。然后，取决于机械方向参数值:

  • 如果A处的压强导致R相对于C的正位移时，界面位移随气体体积由死体积增加而增大。

  • 如果A处的压强导致R相对于C的负位移时，界面位移随气体体积由死体积增加而减小。

力平衡

气体体积在移动界面上的力平衡为

F int ＝ （ p e n v − p 我 ） 年代 int ε int

地点:

  • Fint力来自港口吗R港口C．

  • penv就是环境压力。

变量

若要在模拟之前设置块变量的优先级和初始目标值，请使用最初的目标块对话框或属性检查器中的。有关更多信息，请参见设置块变量的优先级和初始目标而且气体体积有限块的初始条件．

标称值提供了一种方法来指定模型中变量的预期大小。使用基于标称值的系统缩放增加了仿真的鲁棒性。标称价值可以有不同的来源，其中之一就是名义值块对话框或属性检查器中的。有关更多信息，请参见修改块变量的标称值．

假设和限制

  • 转炉外壳是完全刚性的。

  • 端口之间没有流动阻力一个以及转换器内部。

  • 端口之间没有热阻H以及转换器内部。

  • 移动界面完全密封。

  • 该块不模拟运动界面的机械效应，如硬停止、摩擦和惯性。

港口

输入

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输入传递位置信息的物理信号Simscape™多体™关节。将该端口连接到位置传感端口p关节的。有关更多信息，请参见将Simscape网络连接到Simscape多体关节．

依赖关系

若要启用此端口，请设置界面位移参数多体关节提供输入信号．

保护

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与转炉进口相关联的气体保存端口。

与转炉内气体温度相关的保温端口。

与移动界面相关联的机械平移保存端口。

与转炉外壳相关联的机械平移保存端口。

参数

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选择转炉相对转炉气量的相对方向:

  • A处的压强导致R相对于C的正位移—气量增大导致端口位移为正R相对于端口C．

  • A处的压强导致R相对于C的负位移—气量增大，端口位移为负R相对于端口C．

选择确定端口位移的方法R相对于端口C：

  • 由端口R相对于端口C的速度计算-根据分段方程，根据相对端口速度计算位移。这是默认的方法。

  • 多体关节提供输入信号—开启输入物理信号接口p从多体关节传递位移信息。仅当使用连接器将转换器连接到多体接头时使用此方法平移多体接口块。有关更多信息，请参见如何传递职位信息．

端口平移偏移量R相对于端口C在模拟开始时。0对应的初始气体体积等于死体积．

依赖关系

启用时，界面位移参数设置为由端口R相对于端口C的速度计算．

  • 如果机械方向是A处的压强导致R相对于C的正位移，参数值必须大于等于0。

  • 如果机械方向是A处的压强导致R相对于C的负位移，参数值必须小于等于0。

气体施加压力以产生平动力的区域。

界面位移为0时的气体体积。

转炉入口的横截面积，在正常的方向上气体流道。

根据环境压力选择一种规范方法:

  • 大气压力—使用大气压力气体性质(G)块连接到电路。

  • 指定的压力—使用环境的压力参数。

转炉外部的压力与转炉气体体积的压力相对抗。值为0表示转换器膨胀到真空状态。

依赖关系

启用时，环境压力规格参数设置为指定的压力．

模型的例子

气动执行电路

气动执行电路

如何使用基础库气体组件来建模控制气动执行器。换向阀是由可变局部限制(G)块创建的屏蔽子系统，用于模拟流动路径的开启和关闭。双作用致动器是由平移机械转换器(G)块创建的屏蔽子系统，用于模拟气体网络和机械平移网络之间的接口。
开放模式
斯特林发动机

斯特林发动机

使用气体、热和机械Simscape™组件和领域建模伽玛斯特林发动机。
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扩展功能

C/ c++代码生成
使用Simulink®Coder™生成C和c++代码。金宝app

版本历史

在R2016b中引入

另请参阅

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