在此示例中,您将建模简单的机械系统,并在各种条件下观察其行为。本教程说明了建立物理模型的基本步骤并使您熟悉使用基本的Simscape™块。
笔记
用于节省时间的技术和分析模拟数据的高级方式,请参阅构建物理模型的基本步骤教程。
下图是汽车悬架的一个简单模型。它由一个弹簧和一个与物体(表示为一个质量)相连的阻尼器组成,这个物体由一个力搅动。您可以改变模型参数,如弹簧的刚度、物体的质量或力的轮廓,并查看物体的速度和位置的结果变化。
要创建一个等效的Simscape图,请遵循以下步骤:
打开模型金宝app®库浏览器,如上所述Simscape块库.
使用该创建新的Simuli金宝appnk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。
笔记
或者,你也可以打字ssc_new.
在MATLAB®命令提示符,用于创建一个新的模型,该模型预先填充了某些必需的和常用的块。有关更多信息,请参阅创建一个新的Simscape模型.
默认情况下,Simuli金宝appnk编辑器隐藏了模型图中的自动块名称。要显示隐藏的块名称以进行培训目的,请清除隐藏自动块名称复选框。有关更多信息,请参阅管理块名称和端口.
打开Simscape> Foundation Library>机械>翻译元素库。
拖着质量那平移春天那平移阻尼器和二机械平移参考块进入模型窗口。
如下图所示,确定块的方位。要旋转一个块,选择它并按下Ctrl + R.
连接平移春天那平移阻尼器,质量街区到一个机械平移参考块如下图所示。
要添加作用在质量上的力的表示,请打开Simscape > Foundation Library > Mechanical > Mechanical Sources库,并添加理想的力量来源块到你的图表。
为了反映原始原理图中所示的力的正确方向,翻转块取向。与之理想的力量来源块选择,在格式标签在模型窗口顶部,下安排,点击翻转.将block的端口C(“case”)连接到第二个机械平移参考和它的端口R(为“杆”)到质量块,如下所示。
添加传感器以测量质量的速度和位置。放置理想的平移运动传感器块从Mechanical Sensors库到您的图中,并按如下所示连接它。
现在需要添加源和作用域。它们可以在Simulink库中找到。金宝app打开Simulin金宝appk > Sources库并复制信号生成器块到模型中。然后打开Simulink >金宝app sink库并复制两个范围块。重命名其中一个范围块速度
而另一个位置
.
每次将Simulink源或范围连接到Simscap金宝appe图时,您必须使用合适的转换器块,将Simulink信号转换为物理信号,反之亦然。打开Simscape>实用程序库并复制a金宝appSimulink-PS转换器块和二PS-金宝appSimulink转换器块到模型中。如下所示连接块。
图中每个拓扑上不同的物理网络都需要一个解算器配置块,在Simscape> Utilities库中找到。将此块复制到模型中,并通过创建分支点并将其连接到电路并将其连接到唯一的端口解算器配置堵塞。你的图表现在应该看起来像这样。
您的框图现在完成了。将其保存为mech_simple
.
控件中描述的将模型的框图组合在一起之后上一节,需要选择一个求解器,并提供正确的配置参数值。
要准备模拟模型,请按照下列步骤操作:
选择Simulin金宝appk解算器。在模型窗口中,打开造型标签并单击模型设置.将打开“配置参数”对话框,显示解算器窗格。
在下面求解器选择, 放解算器至ode23t (mod.stiff /梯形)
.
扩张解算器的细节和集合最大步长至0.2
.
还要注意仿真时间指定为0到10秒。如果需要,您可以稍后调整此设置。
点击好吧要关闭“配置参数”对话框。
保存模型。
将框图放在框图和指定模型的初始设置后,可以运行模拟。
用于力的输入信号由信号生成器堵塞。信号分布如下图所示。它从值0开始,然后在4秒时,有一个步骤改变为1,然后它会在6秒钟后变回0。这是默认配置文件。
速度范围输出质量速度,位置范围将质量位移输出为时间的函数。双击两个范围以打开它们。
点击.Simscape Solver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,请参阅Simscape模拟是如何工作的.完成这一步骤可能需要几秒钟。模型窗口左下角的消息提供状态更新。
一旦模拟开始运行,Velocity和Position范围窗口将显示模拟结果,如下图所示。
一开始,质量休息。然后在4秒时,随着输入信号突然变化,质量速度尖峰在正方向上并逐渐返回到零。由于惯性和阻尼,同时变化的质量位置更加逐渐变化,并且只要力量在作用于它,就会保持新值。在6秒时,当输入信号恢复到零时,速度得到镜像尖峰,并且质量逐渐返回到其初始位置。
您现在可以调整各种输入和块参数,并查看它们对质量速度和位移的影响。
运行初始仿真后,可以尝试调整各种输入和块参数。
尝试以下调整:
该示例显示了输入信号的变化如何影响力曲线,因此是质量位移。
双击信号生成器块打开它。
点击信号剖面的第一个垂直段,将其从4秒拖拽到2秒,如下图所示。关闭阻塞对话框。
运行仿真。仿真结果如下图所示。
在我们的模型中,力作用在一个质量上,与一个平行连接的平动弹簧和阻尼器。该实例说明了弹簧刚度和阻尼器粘度的变化如何影响质量位移。
双击平移春天堵塞。设置它回弹率至2000 N / m
.
运行仿真。弹簧刚度的增加导致质量位移幅值变小,如下图所示。
接下来,双击平移阻尼器堵塞。设置它阻尼系数至500 N / (m / s)
.
运行仿真。由于粘度的增加,质量在达到其最大位移和返回到初始位置时,质量速度较慢,如下图所示。
在我们的模型中,我们使用了PS-金宝appSimulink转换器块在其默认参数配置中。因此,位置
范围在默认长度单位中输出质量位移,即以米为单位。此示例显示了如何将质量位移的输出单元更改为毫米。
双击PS-Simulink转换器1块。金宝app类型毫米
在输出信号单元组合框,点击好吧.
运行仿真。在里面位置
范围窗口,单击自动缩放范围轴。质量位移现在以毫米为单位输出,如下图所示。