跨学科物理系统建模和仿真工具Simscape

1、 跨学科物理系统建模和仿真工具Simscape 是在 Simulink 基础上的扩展工具模块,用来建立多种不同类 型物理系统的建模并进行仿真,例如由机械传动,机构,液压和电气元件构成的 系统。 Simscape 可以广泛应用于汽车业,航空业,国防和工业装备制造业。 Simscape 同 SimMechanics , SimDriveline , SimHydraulics 和 SimPowerSystems 一起,可以支持复杂的不同类型(多学科物理系统混合 建模和仿真。使用统一环境实现多种类型物理系统建模和仿真, 包括机械, 电气和液压 系统;使用基本物理建模单元构造模型, 并提供了建模所需的

2、模块库和相关简单 数学运算单元;用户可自己指定参数和变量的单位,模块内部自动实行单位转换和匹配; 具有连接不同类型物理系统的桥接模块;具备扩展产品所建模型的全权仿真和受限编辑功能, 单独运行仿真时无需 SimMechannics , SimDriveline 和 SimHydraulics 的产品使用许可 。 强大功能在 Simscape 的环境中,用户的建模过程如同装配真实的物理系统。 Simscape 采用物理拓扑网络方式构建模型:每一个建模模块都对应一个实际 的物理元器件,例如油泵、马达或者运算放大器;模块之间的连接线代表元件之 间装配和能量传递关系。 这种建模方式直观的表现出物理系统的

3、组成结构, 而不 是用晦涩的数学方程。 Simscape 根据模型所表达的系统组成关系, 自动构造出 可以计算系统动态特性的数学方程。 这些方程可同其他 Simulink 模型一起结合 运算。Simscape 的建模库提供超过 24个电气建模单元, 15个液压建模单元, 23个机械建模单元;这些单元之间可以互相连接,联合建模。这些基本的单元 也可以组合起来,构造更加复杂的器件模型。Simscape 模型中的 Sensor 模块用来测量机械量(力 /力矩,速度,液压量 (压力,流量或电气量(电压,电流,测量输出的信号量可以输出给标准的 Simulink 模块处理。而 Source 模块能够将标准

4、的 Simulink 信号转换成同等 量值的上述物理信号。 Sensor 和 Source 模块的使用将 Simulink 控制算法模 型同 Simscape 物理网络拓扑模型有机的结合起来, 可实现闭环控制算法开发。Simscape 的基础建模单元库支持从基本的建模单元组合定制模型元件。 机械系统建模Simscape 提供了一维平移 /旋转机械的建模模块。 机械系统元件的变量, 将与系统中的液压和电气系统模型物理量同时解算。用于机械系统的 Sensor 和 Actuator 模块则可以连接由 Simechanics 和 SimDriveline 创建的更精细的模型。电气系统建模Simscap

5、e 提供了代表电子元件和电路的电气模型。电气系统元件的变 量, 将与系统中的液压和机械系统模型物理量同时解算。 用于电气系统的 Sensor 和 Actuator 模块则可以连接由 SimPowerSystem 创建的更精 细的模型。液压系统建模Simscape 提供了液压系统的建模模块, 可对基本的液压特性进行建模和 计算; 也可以进一步组合出更加复杂的液压元件。 这些模块定义了各种物 理过程中压力和流量的相互关系,如压缩性,流体惯性,摩擦损失,能量 转换和固定节流口 /可变节流口出流。通过输入流体属性数据,用户可以 自己定义流体特性。使用 Simhydraulics 则可以构建更加精细的液

6、压元 件模型。 物理信号在 Simscape 中,用户可以直接操作物理量信号。信号和参数的单位直 接在模块设定的对话框中输入, Simscape 在求解物理网络模型时将自动 进行必要的单位转换。 Physical Signal 模块库支持对物理信号的数学操 作, 可以在物理模型网络中直接构建运算模型。 Simscape 模块之间通过 Physical Signal ports 端口相互连接,这样各种类型的物理系统可以方 便的集成。使用基础元件库提供的建模单元, 用户可以构建更多复杂的元件, 扩展出 更多种类的物理模型。在 Simulink 环境中,组合好的模型可以进一步封 装形成可复用和共享的

7、元件库。Simscape Editing Modes 允许用户在 Simscape 下使用其工具和扩展产 品(SimDriveline , SimHydraulics , SimMechanics 构建的模型进行仿 真。只要拥有 Simscape 的产品使用许可,并且安装了这些扩展产品,用户就 可以仿真用这些扩展产品模块所建立的模型, 也可以调整模型中的参数 但是 不能编辑模型。这样,在不同的团队之间共享模型时,用户无需额外购买扩展产 品使用许可。如果用户进一步添置扩展模块的使用许可,则可以全权使用扩展产品编辑 和仿真模型功能。在 Simulink 中同时建立装置对象和控制器模型Simscape 建立的物理系统仿真模型可以与 Simulink 中的控制系统信号 流模型相连,构成完整的系统闭环模型,实现在 Simulink 统一环境中多学科 /领域系统和控制器的联合仿真测试。 需要的产品运行 Simscape 需要:MATLABSimulinkSimscape相关产品SimDriveline 机械传动系统建模和仿真工具SimHydraul