物理网络建模的基本原理-MATLAB和Simulink-MathWorks比荷卢金宝app - 金宝app,下载188bet金宝搏,金宝搏官方网站

物理网络建模的基本原理

物理网络方法建模物理系统概述

模拟风景™ 软件是一组块库和特殊仿真功能，用于在Simulink中对物理系统进行建模金宝app^®环境。它采用物理网络方法，它不同于标准的Simulink建模方法，特别适合于模拟由真实物理组件组成的系统。金宝app

金宝appSimulink块表示基本的数学运算。当您将Simulink块连接在一起金宝app时，得到的图等价于所设计系统的数学模型或表示。Simscape技术允许您基于物理网络方法创建所设计系统的网络表示。根据这种方法，每个系统被表示为由功能元素组成，这些功能元素通过它们的端口交换能量而相互作用。

这些连接端口是无方向的。它们模拟元素之间的物理连接。将Simscape块连接在一起类似于连接真实组件，如泵、阀等。换句话说，Simscape图模拟了物理系统布局。如果物理组件可以连接，那么它们的模型也可以连接。连接Simscape块时不必指定流方向和信息流，就像连接实际物理组件时不必指定此信息一样。物理网络方法通过其贯穿和跨变量以及无方向的物理连接，自动解决了所有与变量、方向性等有关的传统问题。

每个元素的连接端口的数量由它与系统中其他元素交换的能量流的数量决定，并取决于理想化的水平。例如，固定排量液压泵在其最简单的形式中可以表示为一个双端口元件，一个能量流与进口(吸入)有关，另一个与出口有关。在这种表示法中，传动轴的角速度是恒定的，这使得忽略泵和轴之间的能量交换成为可能。为了计算可变的驱动扭矩，你需要与传动轴相关联的第三个端口。

能量流的特征是它的变量。每一个能量流都与两个变量相关，一个通过，一个通过变量类型的更多信息)。通常，这些变量的乘积就是以瓦特为单位的能量流。它们被称为基本变量或共轭变量。例如，机械平移系统的基本变量是力和速度，机械旋转系统的基本变量是扭矩和角速度，液压系统的基本变量是流量和压力，电气系统的基本变量是电流和电压。

下面的例子说明了双作用液压缸的物理网络表示。

该元件用三种能量流表示:两种通过气缸入口和出口的液压能量流和与杆运动相关的机械能流。因此它有以下三个连接器端口:

A -与压力相关的液压保存端口P_1.(一个跨变量)和流量Q_1.（通过变量a）
B -与压力相关的液压保存端口P_2.(一个跨变量)和流量Q_2.（通过变量a）
R -与杆速度相关的机械平移保存端口v_3.(一个跨变量)和力F_3.（通过变量a）

看见连接器端口和连接线有关连接器端口类型的详细信息。

变量类型

物理网络方法支持两种类型的变量：金宝app

通量规-用串联到元件上的量规测量的变量。
跨变量-用与元件平行连接的量规测量的变量。

下表列出了与Simscape软件中每种物理域类型相关联的Through和Across变量:

物理域	在变量	通过变量
电	电压	当前的
气体	绝对压力和温度	质量流量和能量流量
液压	表压	体积流率
等温液体	绝对压力	质量流率
磁	磁动势（mmf）	通量
机械旋转	角速度	转矩
机械平移	平移速度	力
潮湿的空气	绝对压力、温度、比湿度(水蒸气质量分数)、微量气体质量分数	混合气质量流量、混合气能流量、水蒸气质量流量、痕量气体质量流量
热	温度	热流
热液	绝对压力和温度	质量流量和能量流量
两相流体	绝对压强和比热力学能	质量流量和能量流量

建立数学模型

与所有能量流相关的变量形成了块的数学模型的基础。

例如，上图中所示的双作用液压缸模型可以用一组简单的方程式来描述：

$F_{3.} = P_{1.} \cdot {A.}_{1.} - P_{2.} \cdot {A.}_{2.}$

$Q_{1.} = {A.}_{1.} \cdot v_{3.}$

$Q_{2.} = {A.}_{2.} \cdot v_{3.}$

哪里

Q_1.Q_2.	分别通过A端口和B端口的流量(通过变量)
P_1.P_2.	端口A和B处的表压（跨变量）
A._1.A._2.	活塞的有效区域
F_3.	杆力(通过变量)
v_3.	杆速度(横向变量)

这个模型可能要复杂得多，例如，它可以解释摩擦力、流体压缩性、运动部件的惯性等等。然而,所有这些不同的数学模型元素的配置(即,港口和相关的数量和类型和变量)将保持不变,这意味着物理网络方法允许您替换模型不同程度的复杂性而不引入任何变化示意图。例如，您可以通过使用Foundation库中的电阻管块开始开发您的系统，它只考虑摩擦损失。在开发的后期阶段，您可能需要考虑流体可压缩性。然后你可以用液压管道块替换它，可用Simscape液体™块库，或者，如果您还需要考虑流体惯性，即使使用分段管道块，也取决于您的应用程序。这种建模原则称为增量建模。

变量方向

每个变量都以其大小和符号为特征。该符号是测量方向的结果。根据测量仪表的极性，同一变量可以为正或负。

只有两个端口的元素具有一对变量的特征，一个是Through变量，一个是Across变量。由于这些变量密切相关，它们的方向被定义为一个方向。例如，如果一个元素从端口A指向端口B，则意味着Through变量(电视)是正的，如果它从A“流”到B，并且跨变量被确定为AV = AV_A.- - - - - - AV_B,在那里成人影片_A.和成人影片_B是元素节点电位，或者，换句话说，是这个跨变量在端口A和端口B的值。

这种变量方向的方法有以下好处:

提供一种简单而一致的方法来确定元素是主动的还是被动的。能量是模拟过程中要确定的最重要特征之一。如果变量方向或符号如上所述确定，则其乘积（即能量）在元素消耗能量时为正值，在元素向系统提供能量时为负值。整个Simscape软件都遵循此规则。
简化模型描述。象征→B为跨和通过变量指定可变极性就足够了。
允许您将面向图理论应用于网络分析和设计。

作为变量方向规则的一个例子，让我们考虑理想力源块。在这个模块中，就像在许多其他机械模块中一样，端口C与源参考点(case)相关联，端口R与杆相关联。

物体的正方向是从C口到R口，这意味着这个力是正的，如果它作用于C口到R口的方向，就会导致连接在R口的物体向正方向加速。相对速度被确定为v=v_C–v_R,在那里v_R,v_C是绝对的速度在港口R和C,分别是-如果速度端口R大于C .港产生的权力来源是计算力和速度的乘积,是负的,如果源系统提供能量。

对于不同的块，正向的定义是不同的。如果对变量的块方向和方向有疑问，请检查块源或块参考页。

网络中的所有元件分为主动元件和被动元件，这取决于它们是向系统输送能量还是耗散（或存储）能量。主动元件（力和速度源、流速和压力源等）必须严格按照其在系统中预期执行的作用线或功能进行定向，而被动元件（阻尼器、电阻器、弹簧、管道等）可以任意定向。

连接器端口和连接线

Simscape块可能有以下类型的端口:

物理保存端口——代表物理连接并基于物理网络方法关联物理变量的非定向端口(例如，液压或机械)。
物理信号端口-单向端口，用于传输使用内部Simscape引擎进行计算的信号。

下面将更详细地描述每个端口和它们之间的连接。

物理保存端口

Simscape块具有特殊的保存端口．你用物理连接线连接保存端口，不同于正常的Simulink线路。金宝app根据物理网络方法，物理连接线没有内在的方向性，代表能量流的交换。

保存端口只能连接到相同类型的其他保存端口。
将保存端口连接在一起的物理连接线是无方向性的线，它们携带物理变量(如前所述，跨变量和通变量)而不是信号。不能将物理线路连接到Simulink端口或物理信号端口。金宝app
两个直接连接的保存端口必须具有相同的跨变量值(如压力或角速度)。
您可以将物理连接线进行分支。当您这样做时，直接相互连接的组件将继续共享相同的跨变量。沿着物理连接线传递的任何Through变量(如流量或扭矩)被分支连接的多个组件分割。如何划分Through变量是由系统动力学决定的。
对于每个直通变量，流入分支点的所有值之和等于流出的所有值之和。

Simscape块中使用的每种类型的物理保存端口都唯一地表示一个物理建模域。有关端口类型的列表，以及与每种类型关联的直通和跨变量，请参见中的表变量类型．

为了提高方框图的可读性，每个Simscape域对连接线使用不同的默认颜色和线样式。有关详细信息，请参阅特定领域的线条样式．

物理信号端口

物理信号端口在Simscape块之间携带信号。你用普通的连接线连接它们，类似于Simulink信号连接。金宝appSimscape框图中使用物理信号端口代替Simulink输入和输出端口，以提高计算速度，避免代数循环问题。金宝app物理信号可以有与之相关的单位。在块对话框中指定单元和参数值，Simscape软件在解决物理网络时执行必要的单元转换操作。

SimSCAPE基础库包括其他子库中的物理信号块库。这些模块对物理信号执行数学运算和其他功能，并允许您在物理网络中以图形方式实现方程。

物理信号线在方框图中也有不同的样式和颜色，类似于物理连接线。有关详细信息，请参阅特定领域的线条样式．