Simscape建模基础

SimHydraulicsSimHydraulics是液压传动和控制系统的建模和仿真工具，扩展了Simulink?的功能。使用这个工具可以建立起含有液压和机械元件的物理网络模型，可用于跨专业领域系统的建模。SimHydraulics提供了构成液压系统的元器件模块库，库中也包括了用于构造其它元件的基本元素模块。SimHydraulics适用于汽车，航空，国防和工业装备等领域中的各种应用，例如自动变速器，舵面操纵系统和重载驱动装置的建模分析。SimHydraulics同SimMechanics，SimDriveline和SimPowerSystems一同使用，能够支持对复杂机液系统和电液系统的建模，以分析他们相互交联的影响。主要功能液压和液压机械系统的物理建模环境超过75个液压和机械元器件模型，包括泵，阀，蓄能器和管路基本液压构造元素库，还有基本机械和运算单元可定制的常用液压流体工作介质机械液压和液压系统网络建模使用SimHydraulics可以建立起完整的液压系统模型，过程如同组建一个真实的物理系统。SimHydraulics使用物理网络方式构建模型：每个建模模块对应真实的液压元器件，诸如油泵，液压马达和控制阀；元件模块之间以代表动力传输管路的线条连接。这样，就可以通过直接描述物理构成搭建模型，而不是从基本的数学方程做起。SimHydraulics库提供了75个以上的流体和液压机械元件，包括油泵，油缸，蓄能器，液压管路和一维机构单元，大部分商品化元器件都可以找到对应模型。SimHydraulics的模型符号符合ISO1219流体动力系统标准，SimHydraulics可以自动从模型原理图综合出描述系统行为特征的方程组。SimHydraulics得到的是直接使用Simulink的求解器求解的方程组形式，而不是采用同步仿真方法，这样液压系统模型就完全同其它Simulink模型部分集成在一起。使用sensor模块在SimHydraulics模型中可以测量任何机械液压特征变量、例如压力、流量、位移、速度和力，然后将这些信号传给标准的Simulink模块。Source模块可以将Simulink信号赋值给任何机械液压变量。使用Sensor和source模块可以在Simulink中开发全局控制算法，并将它接入到SimHydraulics模型网络中。液压系统元器件建模SimHydraulics提供了弹簧式和充气式蓄能器模型，还有两种管路模型：标准管路（standardpipeline）包括圆截面和非圆截面类型，主要考虑摩擦导致的压力损失和流体压缩性。分段管路（segmentedpipeline）考虑摩擦损失，流体压缩性和流体惯性因素，可计算水锤和其他相关效应。加入localresistance模块可以描述管路由于拐角，弯曲和截面变化导致的压力损失。SimHydraulics的作动器和泵模块库可以用来：建立理想的机械能-液压能变换器和单出杆/双出杆液压油缸；建立液压马达，定量泵和压力补偿变量泵的模型，描述旋转机械与液压系统之间的能量转换SimHydraulics的阀模块库可以用来：建立换向阀模型，包括双通，三通和四通阀，单向阀和先导式换向阀。流量控制阀，包括球阀，针阀，蝶阀和压力补偿型流量控制阀。压力控制阀，包括减压和溢流类型的阀。阀模块库还提供了作动机构模型以模拟电磁阀，离散/比例式阀和伺服阀。自定义模型SimHydraulics基础库提供了基本的流体和机构元素，还有产生和处理物理信号的专用工具。这些模块组合使用可以创建新的元器件模型。液压构造模块（Hydraulicsbuildingblocks）支持基本的液体流动特性建模，定义一个元器件中过硫液体的压力变化同流量变化之间的关系。这些模块描述的基本物理环节中的压力流量关系，包括流体压缩性，惯性，机械摩擦，能量转换和固定/变截面节流。机械构造模块（Mechanicalbuildingblocks）主要描述一维平移和旋转运动。这些元器件的变量同流体系统变量一同时解算。用于机械元器件的sensorandactuatorblocks可将SimMechanics和SimDriveline建立的更加详细的机械模型结合进来。物理信号工具可以产生并处理物理变量信号，诸如流体压力和流量，以及速度，力和力矩。自定义流体属性SimHydraulics采用十分有效的方法来定义密度，粘度和体积弹性模量——这些关系系统动态特性的流体属性。SimHydraulics提供了18种常用的液压流体介质，例如SkydrolLD4，HyJet4A和FluidMILF83828。流体属性使得对温度和含气量影响的计算可以自动进行。用户也可以通过指定流体的关键特征属性来自行定义流体的属性。Simulink中跨领域物理建模SimHydraulics扩展了在Simulink中进行物理建模和仿真的能力。标准的Simulink模块定义了信号流中输入与输出之间的传递函数。对于诸如控制系统这样的应用，这种方式非常自然，实用和有效。描述液压系统元件之间的相互影响需要更多的改变。例如，使用单向的信号流不足以表达液压系统网络中的流体运动，其中压力会发生传递并且流动方向也会改变。使用SimHydraulics，用户可以建立通常所见的控制系统单向信号流框图，然后可以将这部分模型同使用传统Simulink模块建立的物理对象模型和SimHydraulics建立的物理对象模型部分连接起来。Simscape物理建模2【初学者】构建物理模型的基本要点建模使用Simscapefoundation和Utilites库的模块来组件物理模型。使用物理网络的方法，来表示系统，在这里，系统由一系列功能单元组成，这些功能单元通过端口相互交换能量。每一个Simscape网络都必须包含一个SolverConfiguration模块。如果模型中有液压元件，则每一个液压回路都必须包含一个CustomHydraulicFluid模块或者是HydraulicFluid模块。为了与通用Simulink模块相连，比如sources和scopes模块，使用connector模块（sensor、converter等等）。采取逐步建模的方法。从一个简单模型开始，运行并调试好后，再添加其余功能。比如，可以先使用Foundation库里的ResistiveTube模块来建模，它只计算摩擦损失。在随后的系统设计中，你可能要考虑到流体的可压缩性，这时就利用HydraulicPipeline模块来取代它，或者是使用SegmentedPipeline模块来考虑流体惯性力，这都取决于你的应用场合。这些不同的数学模型，它们的元件设置界面(端口的数目和类型以及相应的通量和跨量)可能还是一样的，这表示你可以在不改变模型网络的情况下，使用不同的模块来适应不同的精度要求。Simscape模块有两种接口，Conservingports■(小方块)和PhysicalSignalinportsandoutportsΔ（小三角）。ConservingPortsSimscape里有不同类型的PhysicalConservingports，比如液压的、电的、热的、机械平移和机械转动的。每一种类型都有与之相关的Through和Across变量。只有同种类型的端口才能相连。端口间的物理连线都是双向的，传送物理变量(如之前所说的Through和Across量)。物理端口不能直接与simulink端口相连。两种直接相连的Conservingports端口的所有Across量必须相同(比如电压或者角速度)。物理连接线可以分支。与别的组件直接相连的组件拥有相同的Across量。任何在物理连接链上传递的Through量(比如电流或者扭矩)分布在所有相连的组件上，至于分布的形式取决于系统动力学。对于所有的Through量，所有传入某个子域的和等于所有传出的量（类似于电学的节点电流）。PhysicalSignalPortsPhysicalSignalPorts之间可以互连，就像一般的Simulink信号那样连接。PhysicalSignalPorts与simulink端口之间的连接，通过转换模块Simulink-PS（PS-Simulink）Converterblock。与simulink本质上是没有单位的，而PhysicalSignal是与单位相关联的。simscape模块对话框可以为各参数变量指定对应的单位。构建一个简单模型构建simscape网络图从库里找到相应的模块，连接基本物理网络，如下图。【右键引出分支线】加入外力，各个元件在Foundation下的sensorsandsources库以及simscape下的utilities库。各个模块的功能基本上从其名字可以看出来。配制求解环境运行仿真双击信号构造模块，设置输入信号。并单击仿真按钮运行仿真。最后，还可以调整参数改变力，修改力信号模块改变模型参数，比如质量和刚度，双击质量体和弹簧元件改变质量体位置输出单位（双击converter模块设置Unit）