物理网络建模的基本原理- MATLAB和Simulink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则“，

物理系统建模的物理网络方法概述

Simscape™软件是一组用于在Simulink中建模物理系统的块库和特殊仿真特性金宝app^®环境。它采用物理网络方法，这与标准的Simulink建模方法不同，特别适合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，得到的图等效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，每个系统都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。

这些连接端口是非定向的。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实际组件，如泵、阀门等。换句话说，Simscape图模拟物理系统布局。如果物理组件可以连接，那么它们的模型也可以连接。在连接Simscape块时，您不必指定流程方向和信息流，就像在连接实际物理组件时不必指定此信息一样。物理网络方法，通过它的Through和Across变量和非定向物理连接，自动解决了所有关于变量、方向性等的传统问题。

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，一个固定排量液压泵的最简单形式可以表示为一个双端口元件，其中一个能量流与入口(吸力)有关，另一个与出口有关。在这种表示中，传动轴的角速度被假定为恒定，因此可以忽略泵和轴之间的能量交换。要考虑可变驱动扭矩，您需要与传动轴相关联的第三个端口。

能量流由它的变量来表征。每个能量流都与两个变量相关，一个是通过，一个是通过变量类型以获取更多信息)。通常，这些变量的乘积是以瓦为单位的能量流。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。

该元件由三种能量流表示:通过油缸进出口的两种水力能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压口p₁(跨变量)和流量问₁(a Through变量)
B -与压力相关的液压保压口p₂(跨变量)和流量问₂(a Through变量)
R -与杆速相关的机械平移守恒口v_3.(一个跨变量)和力F_3.(a Through变量)

看到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

通过-用与元件串联的量规测量的变量。
横向-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的Through和Across变量:

物理域	在变量	通过变量
电	电压	当前的
液压	压力	流量
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
气体	压力和温度	质量流量和能量流量
潮湿的空气	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、混合气能量流量、水蒸气质量流量、微量气体质量流量
热	温度	热流
热的液体	压力和温度	质量流量和能量流量
两相流体	压强和比热力学能	质量流量和能量流量

请注意

通常，与一个领域相关的每对Across和Through变量的乘积是功率(以瓦为单位的能量流)。例外是磁域(mmf和通量的乘积不是功率，而是能量)和热力学域(气体、湿空气、热液体和两相流体)，其中变量对的乘积不是功率。下载188bet金宝搏这些结果是伪键图。

建立数学模型

与所有能量流相关的通过和跨越变量形成了块的数学模型的基础。

例如，上图所示的双作用液压缸模型可以用一组简单的方程来描述:

$F_{3.} ＝ p_{1} \cdot {一个}_{1} - p_{2} \cdot {一个}_{2}$

$问_{1} ＝ {一个}_{1} \cdot v_{3.}$

$问_{2} ＝ {一个}_{2} \cdot v_{3.}$

在哪里

问_1，问₂	A端口和B端口的流速(通过变量)
p_1，p₂	A端口和B端口压力表压力(跨变量)
一个_1，一个₂	活塞有效面积
F_3.	杆力(通过变量)
v_3.	抽油杆速度(横向变量)

该模型可以相当复杂，例如，它可以考虑摩擦、流体压缩性、运动部件的惯性等等。然而，对于所有这些不同的数学模型，元素配置(即端口的数量和类型以及相关的Through和Across变量)将保持相同，这意味着物理网络方法允许您替换不同复杂级别的模型，而无需对原理图进行任何更改。例如，您可以通过使用Foundation库中的Resistive Tube块开始开发系统，该块只考虑摩擦损失。在开发的后期阶段，您可能需要考虑流体的压缩性。然后，您可以将其替换为液压管道块，可用Simscape液体™块库，或者，根据您的应用程序，如果还需要考虑流体惯性，甚至可以使用分段管道块。这种建模原则称为增量建模。

变量方向

每个变量都有其大小和符号的特征。符号是测量方向的结果。相同的变量可以是正的或负的，这取决于测量仪表的极性。

只有两个端口的元素被描述为一对变量，一个Through变量和一个Across变量。由于这些变量密切相关，所以它们的方向是用一个方向定义的。例如，如果一个元素从端口A定向到端口B，这意味着Through变量(电视)如果它从A“流动”到B，则为正，并且Across变量被确定为Av = Av_一个- - - - - - AV_B,在那里AV_一个而且AV_B是元素节点势，或者换句话说，是这个Across变量在A和B端口的值。

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。能量是模拟过程中需要确定的最重要的特性之一。如果变量的方向或符号如上所述确定，如果元素消耗能量，它们的乘积(即能量)为正，如果元素为系统提供能量，则为负。在整个Simscape软件中都遵循这一规则。
简化模型描述。象征A→b足以为Across和Through变量指定可变极性。
让您将有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。在该块中，与许多其他机械块一样，端口C与源参考点(case)相关联，端口R与杆相关联。

障碍物正方向是从C口到R口，这意味着如果力的作用方向是C口到R口，那么力就是正的，并且会使连接到R口的物体朝着正方向加速。相对速度确定为v＝v_C- - - - - -v_R,在那里v_R，v_C分别为R端口和C端口的绝对速度，如果R端口的速度大于C端口的速度，则为负。源产生的功率以力和速度的乘积计算，如果源向系统提供能量则为负。

不同的方块对正方向的定义是不同的。如果对变量的块朝向和方向有疑问，请查看块源或块参考页。

网络中的所有元素都分为主动元素和被动元素，这取决于它们是向系统提供能量还是消耗(或存储)能量。主动元件(力和速度源、流量和压力源等)必须严格按照它们在系统中预期执行的作用线或功能来定位，而被动元件(阻尼器、电阻、弹簧、管道等)可以以任何方式定位。

连接器端口和连接线

Simscape块可以有以下类型的端口:

物理保存端口——表示物理连接和基于物理网络方法关联物理变量的无方向端口(例如，液压或机械端口)。
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及其之间的连接。

物理保护端口

Simscape块有特殊的保存端口．使用物理连接线连接保存端口，与普通的Simulink线路不同。金宝app根据物理网络方法，物理连接线没有固有的方向性，而是代表能量流的交换。

说明只能将保存端口与其他相同类型的保存端口连接。
将保存端口连接在一起的物理连接线是携带物理变量(如上所述的Across和Through变量)而不是信号的非方向性线路。不能将物理线路连接到Simulink端口或物理信号端口。金宝app
两个直连的保存端口的所有Across变量(如压力或角速度)必须具有相同的值。
您可以分支物理连接线。当您这样做时，直接与另一个连接的组件继续共享相同的跨变量。沿物理连接线传递的任何Through变量(如流量或扭矩)被分配到由分支连接的多个组件之间。如何划分Through变量是由系统动力学决定的。
对于每个Through变量，流入分支点的所有值之和等于流出分支点的所有值之和。

Simscape块中使用的每种物理保存端口类型都唯一地表示一个物理建模域。有关端口类型的列表，以及与每种类型相关的Through和Across变量，请参见变量类型．

为了提高框图的可读性，每个Simscape域都为连接线使用不同的默认颜色和线条样式。有关更多信息，请参见领域特定的行样式．

物理信号接口

物理信号接口在Simscape块之间传递信号。您可以使用常规连接线连接它们，类似于Simulink信号连接。金宝app在Simscape框图中使用物理信号端口，而不是Simulink输入和输出端口，以提高计算速度并避免代数循环问题。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。