主要内容

如何Simscape模型代表物理系统

物理系统的表示

本节描述物理系统的数学表示的重要特征，以及Simscape™软件如何实现这种表示。以下概述可能对你有帮助:

  • 需要这些表示的详细信息，以提高模型保真度或模拟性能。

  • 构造您自己的自定义Simscape组件使用Simscape语言．

  • 需要排除Simscape建模或仿真故障。

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．

微分，微分代数和代数系统

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，或者两者都有。

  • ode控制的变化率系统变量并且包含系统变量的部分或全部时间导数。

  • 代数方程规定了系统变量之间的函数约束，但不包含系统变量的时间导数。

  • 没有代数约束，系统是微分的(ode)。

  • 如果没有ode，系统就是代数的。

  • 由于ode和代数约束，系统是混合的微分代数(拓扑)。

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。

刚度

一个数学问题是僵硬的如果您正在寻找的解决方案变化缓慢，但在容错范围内还有其他解决方案变化迅速。金宝搏官方网站一个刚性系统有几个不同大小的内在时间尺度[1]．

刚性物理系统具有一个或多个在一般意义上表现为“刚性”的组件，例如具有较大弹簧常数的弹簧。数学等价物包括准不可压缩流体和低电感。这样的系统经常在它们的一些组成部分或模态中表现出高频振荡。

事件和零穿越

事件是系统状态或动态随时间演变的不连续变化;例如，阀门打开，或硬停止。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．

一个零交叉特定事件类型，由数学函数变化符号的值表示。可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，但它们也显著降低了模拟的速度。各种过零检测和分析方法可以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，请参见在模拟场景模型中管理零交叉．

处理Simscape表示

Simscape模型相当于一组将一个或多个物理系统表示为物理网络的方程。

管理零交叉口Simscape模型

您的模型可以包含由以下几个来源引起的过零条件:

  • Simscape和Simu金宝applink®从它们各自的块库复制的块

  • 中编程的自定义块Simscape语言

金宝appSimulink软件具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，或者在整个模型上禁用全局过零检测。过零检测可以提高仿真精度，但会降低仿真速度。

提示

如果过零的准确时间在您的模型中很重要，那么保持启用过零检测。禁用它会导致严重的模拟不准确。

检测和最小化零交叉Simscape模型

除了通用的Simulink方法外，Simsca金宝apppe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:

  • 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操作符和函数生成，例如比较操作符，腹肌，√6函数，等等。在模拟过程中，这些信号中可能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，请参见查看模型统计信息．

  • 记录模型的模拟数据时，可以选择日志模拟统计选择。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，请参见日志模拟统计．

    您可以使用Simscape Results Explorer访问和分析模拟过程中记录的过零数据。有关更多信息，请参见关于Simscape Results Explorer．

  • 的sscprintzcs函数根据记录的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，当前工作空间中必须有模拟日志变量，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。看到减少过零点有关此工作流的详细示例。

中启用和禁用过零条件Simscape语言

在使用Simscape语言为您自己的定制块编写代码时，您可以通过在不连续条件表达式的不同实现之间切换来创建或避免模型中的过零条件。您可以:

  • 使用关系操作符，它创建过零条件。例如，编程运算符关系:A < 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。有关事件谓词的详细信息，请参见离散事件建模．

参考文献

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

[2]霍洛维茨P，希尔W，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，Englewood Cliffs, New Jersey, Prentice-Hall, 1985