主要内容

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模拟风景モデルによる物理システムの表現

物理システムの表現

この節では、物理システムの数学表現の主要な特徴と、模拟风景™ ソフトウェアによるこうした表現の実装方法について説明します。この概要は、次のような場合に役立ちます。

  • モデルの忠実度やシミュレーションのパフォーマンスを改善するためにこうした表現の詳細が必要である。

  • 模拟风景言語を使用して独自のカスタム 模拟风景コンポーネントを作成している。

  • 模拟风景のモデル化やシミュレーションの失敗のトラブルシューティングが必要である。

数学的表現は物理シミュレーションの基礎です。シミュレーションの詳細は、模拟风景でのシミュレーションの仕組みを参照してください。

微分システム、微分代数システム、代数システム

物理システムの数学表現には"常微分方程式"(颂歌)"代数方程式"またはその両方が含まれます。

  • 颂歌は"システム変数"の変化率を決定し、システム変数の時間微分の一部またはすべてを含みます。

  • 分数方程式のはシステムシステムシステム拘束ががますがががががます含みませませませませませませませませませませませませませませませませませ含み含みませませませ含みませませ

  • 分数拘束拘束ない综合,システムシステム分别システム(ode)です。

  • odeがないない合,システムシステム函数システムシステム。

  • 颂歌と代数拘束の両方がある場合、システムは複合の"微分代数"(DAE)システムです。

システム変数は、システム方程式における時間微分の有無によって、微分的または代数的となります。

剛性

求める求める解はゆっくりゆっくりゆっくり変変しいる,许容误差の范囲内でに変するするの解がある合,数码的な问题は"スティッフ"です。スティッフなシステムには,大厦さの非常にたいくつかの固固固固ののの[1]

スティッフな物理システムには通常の意味で "スティッフ" な動作をするコンポーネントが 1.つまたは複数あります (大きいバネ定数をもつバネなど)。数学的に等価なものとして、擬似非圧縮性の流体や低い電気インダクタンスなどがあります。このようなシステムでは多くの場合、コンポーネントやモードの一部で高周波の振動が発生します。

イベントとゼロクロッシング

イベントとは、たとえばバルブの開放や急停止など、時間の経過に伴うシステムの状態やダイナミクスの不連続な変化です。模拟风景言語でイベントがどのように表現されるかの詳細については、离散事件建模を参照してください。

"ゼロクロッシング"は特定のイベント タイプで、数学関数の値の符号変化により表されます。可変ステップ ソルバーでは、ゼロクロッシング イベントが検出されると、ステップが小さくなります。ステップを小さくすると、ゼロクロッシングを引き起こすダイナミクスを正確に捉えるのに役立ちますが、シミュレーション速度は著しく低下します。ゼロクロッシングの検出と解析のさまざまな手法は、シミュレーションの速度と精度の適切なバランスをとるのに役立ちます。詳細については、模拟风景モデルでのゼロクロッシングの管理を参照してください。

模拟风景の表現の取り扱い

模拟风景モデルは、1.つまたは複数の物理システムを物理ネットワークとして表す一連の方程式に相当します。

模拟风景モデルでのゼロクロッシングの管理

モデルには、次のような複数のソースから生ずるゼロクロッシング条件が含まれます。

  • それぞれのブロック ライブラリからコピーされた 模拟风景ブロックと 模拟金宝app®ブロック

  • 模拟风景言語でプログラムされたカスタム ブロック

金宝app模拟ソフトウェアには、ゼロクロッシング イベントを管理するグローバルな手法があります。詳細については、ゼロクロッシング検出を参照してください。

ゼロクロッシング検出はブロック単位で無効にすることも、モデル全体でグローバルに無効にすることもできます。ゼロクロッシング検出を行うと、多くの場合シミュレーションの精度は改善しますが、シミュレーションの速度が低下する場合があります。

ヒント

ゼロクロッシングの正确ながモデルにおいて重要ななは,ゼロクロッシング検出を有象のにします。无效无效したます。

模拟风景モデルでのゼロクロッシングの検出と最小化

汎用的な 金宝app模拟の手法に加え、模拟风景ソフトウェアにはモデルのゼロクロッシングを検出し管理することができる固有のツールがあります。

  • シミュレーション前には、統計ビューアーを使用してモデル内で発生する可能性のあるゼロクロッシング信号を特定できます。通常これらの信号は、不連続点を含む演算子や関数 (比較演算子、関数防抱死制动系统、関数sqrtなど) から生成されます。シミュレーション中には、これらの信号でゼロクロッシング イベントが生成されないこともあれば、1.つまたは複数の信号によって複数のゼロクロッシング イベントが生成されることもあります。詳細については、モデル統計の表示を参照してください。

  • モデルのシミュレーション データのログを記録しているときには、[シミュレーション统计のログ记录]オプションを選択できます。これにより、データ ログにシミュレーション中の実際のゼロクロッシング データが含められます。詳細については、シミュレーション統計のログ作成を参照してください。

    模拟风景結果エクスプローラーを使用すると、シミュレーション中に記録されたゼロクロッシング データにアクセスし、解析することができます。詳細については、模拟风景結果エクスプローラーについてを参照してください。

  • 関数SSCZCSは、シミュレーション中に検出されたゼロクロッシングに関する情報を、記録されたシミュレーション データに基づいて出力します。この関数を呼び出すには、シミュレーション統計データを含むシミュレーション ログ変数が現在のワークスペースになければなりません。詳細と例については、SSCZCSを参照してください。

ゼロクロッシングの管理は、モデルをリアルタイム シミュレーション用に準備する場合に特に重要になります。このワークフローの詳細な例は、ゼロクロッシングの削減を参照してください。

模拟风景言語でのゼロクロッシング条件の有効化と無効化

模拟风景言語を使用して独自のカスタム ブロックのコードを記述する場合、不連続条件式の実装を切り替えることにより、モデルでのゼロクロッシング条件を作成するか、あるいは回避することができます。以下の方法があります。

  • 関係演算子を使用すると、ゼロクロッシング条件が作成されます。たとえば、演算子による関係式aをプログラムすると、ゼロクロッシング条件が作成されます。

  • 関係演算子の関数を使用すると、ゼロクロッシング条件は作成されません。たとえば、関係演算子の関数lt(a,b)をプログラムしたた合,ゼロクロッシング条件は作用成されれ。特点の有关部がsimscape言语で使用されときときにときが発するかどうのの详细は方程を参照してください。

メモ

イベントの叙述にlt(a,b)のような関係関数を使用すると、必ずゼロクロッシング条件が作成されます。イベントの叙述の詳細については、离散事件建模を参照してください。

参考文献

[1] Moler,C.B.,用MATLAB进行数值计算,费城,工业和应用数学学会,2004年,第7章

[2] Horowitz,P.和Hill,W.,电子设备艺术,第二辑,剑桥大学,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,新泽西州恩格伍德悬崖,普伦蒂斯大厅,1985年