Simscape Multibody™ (ранее SimMechanics™) – это среда моделирования для трехмерных механических систем, таких как роботы, подвески транспортных средств, строительное оборудование и шасси самолетов. Многотельные системы моделируются при помощи блоков, описывающих тела, суставы, ограничения, элементы силы и датчики. Simscape Multibody формулирует и решает уравнения движения для всей механической системы. В созданные модели можно импортировать полные сборки из САПР, включая все массы, инерции, соединения, ограничения и трехмерную геометрию. Автоматически сгенерированная 3D-анимация позволяет визуализировать динамику системы.

Simscape Multibody помогает разрабатывать системы управления и тестировать производительность на уровне системы. Модели параметризуются при помощи переменных и выражений MATLAB®. Системы управления для вашей многотельной системы создаются в Simulink® . Доступна интеграция гидравлических, электрических, пневматических и других физических систем в единую модель. Для развертывания моделей в других средах моделирования, включая системы для HIL-тестирования, Simscape Multibody поддерживает генерацию C-кода.

Ключевые особенности

  • Единая среда для моделирования трехмерных механических систем совместно с многодоменными физическими системами и алгоритмами управления в Simulink®

  • Инструменты определения деталей, включая стандартную геометрию, выдавливания, определенные в файлах MATLAB® и STEP

  • Механические соединения и ограничения, охватывающие стандартные и пользовательские кинематические соотношения

  • Режимы моделирования для анализа движения и расчета сил

  • 3D анимация многотельной системной динамики

  • Утилита Simscape Multibody™ Link, для взаимодействия с PTC® Creo™ (Pro / ENGINEER®), SolidWorks® и Autodesk Inventor®

  • XML-схема для взаимодействия с другими платформами САПР

  • Поддержка генерации C-кода (требуется Simulink Coder™)

Определение деталей и соединений

Metso разрабатывает цифровую гидравлическую систему с Simscape
Metso разрабатывает цифровую гидравлическую систему с Simscape
Metso разрабатывает цифровую гидравлическую систему с Simscape Metso разрабатывает цифровую гидравлическую систему с Simscape

Simscape Multibody™ позволяет моделировать такие системы, как строительная техника, автомобильные подвески и роботы. Используются стандартные компоненты или пользовательские компоненты и ограничения.

Детали

Simscape Multibody позволяет определять жесткие и гибкие детали, используя параметризованные 3D-формы. Также можно создавать собственные детали, определяя 2D-профили в MATLAB и вытягивая их вдоль линии или вращая их вокруг оси. Кроме того, детали могут быть определены в STEP, STL и собственные файлы САПР. Используя трехмерный интерфейс, можно размещать и ориентировать детали, которые обеспечивают соединения при помощи суставов или служат ориентирами для измерений.

Суставы и ограничения

Simscape Multibody предоставляет соединения и ограничения, охватывающие стандартные и пользовательские кинематические отношения. Например, можно создать механизм с четырьмя стержнями, используя вращающиеся соединения, или определить механизм кулачкового цилиндра с ограничением точечной кривой. Также доступны зубчатые передачи, такие как реечные и конические. Кроме того, к моделям можно добавлять трение и люфты. Гибкий метод, используется для определения начальных позиций и скорости суставов.

Определение сил

Simscape Multibody позволяет вам определять силы, действующие на детали и соединения. Жесткость и демпфирующие силы и крутящие моменты прикладываются к соединениям, основываясь на их движении или задаются через входной сигнал. Приложение сил и моментов к деталям осуществляется в любой системе отсчета. Равномерная гравитация, фиксированная или заданная сигнальным входом, может применяться ко всему механизму. Также можно определить гравитационное поле с центром в точке, что полезно для моделирования движения планет или спутников.

Переиспользование деталей и механизмов

Полностью параметризованные детали и механизмы можно повторно использовать в других проектах. Например, можно создать одну ногу платформы Стюарта, а затем скопировать и вставить ее для моделирования всех шести ног. Доступ к ключевым параметрам компонента может быть осуществлен через диалоговое окно, а документация на механизм встроена в браузер документации MATLAB. Возможность повторного использования моделей повышает эффективность вашей команды.

Импорт из САПР

Добавление точек соединения к деталям с помощью интерфейса 3D в Simscape Multibody
Добавление точек соединения к деталям с помощью интерфейса 3D в Simscape Multibody

Доступен импорт целых сборок САПР , включая детали, сопряжения и соединения, в модель Simscape Multibody. Это позволяет моделировать механическую часть системы совместно с электрическими, гидравлическими, пневматическими и управляющими частями системами.

Экспорт из САПР

Сборки из САПР экспортируются в XML-файл и соответствующие файлы геометрии, а затем импортируются в Simscape Multibody для автоматического создания модели. Установка плагина позволяет выполнять экспорт из PTC Creo (Pro/ENGINEER), SOLIDWORKS и Autodesk Inventor. Сборки в Onshape® могут быть извлечены с помощью команды MATLAB.

Импорт моделей

Модели Simscape Multibody создаются автоматически из XML-файла, экспортированного из САПР. Этот файл имеет специальную структуру, содержащую ключевую информацию о файлах деталей, сопряжений, соединений и геометрии. Импорт файла XML создает тела с использованием файлов геометрии и преобразует определения сопряжения САПР в соединения. XML-схема Simscape Multibody открыта для публичного доступа, что позволяет импортировать модели из других средств моделирования.

Добавление точек соединения к деталям с помощью интерфейса 3D в Simscape Multibody Добавление точек соединения к деталям с помощью интерфейса 3D в Simscape Multibody

Анимация и анализ

Изучение поведения механизма, определение сборки и результаты моделирования
Изучение поведения механизма, определение сборки и результаты моделирования
Изучение поведения механизма, определение сборки и результаты моделирования Изучение поведения механизма, определение сборки и результаты моделирования

Simscape Multibody предоставляет 3D-анимацию результатов моделирования, что помогает понять поведение смоделированного механизма. Доступен расчёт сил, которые должны создавать приводы, и сил, которые должны выдерживать детали.

Анимация результатов моделирования

Simscape Multibody автоматически создает 3D-визуализацию вашей модели и генерирует анимацию результатов моделирования. Анимация может быть воспроизведена для изучения и экспортирована в файл. Трехмерный вид позволяет исследовать модель и переходить к модели, для проверки структуры модели и изучения результатов, с помощью графиков. Доступен просмотр анимации с нескольких статических или движущихся точек обзора одновременно.

Измерения сил

Simscape Multibody позволяет выбирать приводы путем расчета силы или крутящего момента, необходимого для достижения заданного движения. Требования к деталям могут быть уточнены с помощью определения сил и моментов, которые будут воздействовать на детали конструкции. Анализ этих величин при симуляции механики совместно с электрическими, гидравлическими, пневматическими и другими системами помогает оптимизировать систему в целом.

Работа с Simulink

Simulink позволяет решать сложные задачи проектирования элементов управления с помощью моделей Simscape Multibody. Усовершенствованные методы линеаризации и автоматической настройки управления позволяют применять сложные стратегии управления и быстро находить коэффициенты регуляторов, которые позволяют достичь целей по надежности и времени реакции. Инструменты профилирования и анализа моделей выявляют узкие места в симуляциях и помогают улучшить вашу модель.

Симуляция моделей

Оптимизация траектории робота для минимального энергопотребления с помощью параллельных вычислений
Оптимизация траектории робота для минимального энергопотребления с помощью параллельных вычислений

Simscape Multibody предлагает специализированные технологии решателей для моделирования механических систем с несколькими телами. Доступны различные виды анализа, включая прямую динамику, обратные динамика и кинематика.

Сокращение уравнений и технология решателей

Simscape Multibody автоматически формулирует уравнения для всей механической системы. Уравнения решаются вместе с остальной частью модели, которая может включать в себя электрические, гидравлические, пневматические системы и системы управления. После анализа модели Simscape™ использует символические манипуляции и сокращение индекса, и определяет математическое представление, наиболее эффективно описывающие всю систему.

Симуляция в реальном времени

Simscape Multibody использует специализированную технологию моделирования, чтобы позволить симуляциям работать в режиме реального времени. Явные и неявные решатели настраиваются таким образом, чтобы ограничить объем вычислений на шаг моделирования при сохранении требуемой точности. Можно использовать разные решатели на разных частях одной модели, чтобы минимизировать время выполнения. Эти техники позволяют использовать модель для проведения HIL-тестирования, создания тренировочных симуляторов и других применений, когда выполнение симуляции должно быть синхронизировано с системой реального времени.

Работа с MATLAB

Использование MATLAB позволяют эффективно решать сложные задачи с помощью Simscape Multibody. Любая задача моделирования может быть автоматизирована с использованием кода MATLAB. С помощью алгоритмов оптимизации подбирается оптимальный набор параметров или компонентов. Сама же оптимизация и перебор параметров могут быть ускорены с помощью параллельных вычислений на локальном компьютере или вычислительном кластере.

Оптимизация траектории робота для минимального энергопотребления с помощью параллельных вычислений Оптимизация траектории робота для минимального энергопотребления с помощью параллельных вычислений

Платформа Simscape

Simscape - платформа для всех дополнительных продуктов Simscape. Помимо основных библиотек Foundation, Simscape предоставляет базовую технологию для моделирования и симуляции физических систем во всех областях.

Моделирование физических связей

Компоненты Simscape представляют физические элементы, такие как насосы , двигатели и операционные усилители .Соединения блоков Simscape соответствуют физическим соединениям в реальной системе. Этот подход позволяет описать физическую структуру системы, а не ее математическое представление. Электрические, механические, гидравлические и другие физические соединения обозначаются линиями, цвет которых указывает на их физическую природу. Это позволяет моментально увидеть, какие системы используются в модели и как они связаны друг с другом.

Возможности платформы Simscape

Simscape Multibody основан на Simscape, который предоставляет основные технологии и возможности, необходимых для моделирования и симуляции физических систем во всех областях. Simscape позволяет вам:

  • Создавать модели с использованием базовых компонентов в библиотеках Foundation

  • Создавать пользовательские компоненты

  • Запускать симуляции моделей, включающих многодоменные схемы

  • Анализировать результаты моделирования

Семейство продуктов Simscape

Семейство продуктов Simscape состоит из шести продуктов, которые охватывают целый ряд физических систем. Блоки из данных продуктов комбинируются с платформой Simscape для моделирования многодоменных физических систем. Дополнительные продукты включают в себя более продвинутые блоки и методы анализа.

  • Simscape™

  • Simscape Driveline™

  • Simscape Electrical™

  • Simscape Fluids™

  • Simscape Multibody™

Генерация С-кода

Модели Simscape Multibody могут быть транслированы в C-код с помощью Simulink Coder . Преобразование моделей Simscape Multibody в C-код позволяет использовать их для таких задач, как HIL-тестирование и оптимизация, в ходе которой выполняется пакетное моделирование. Генерация С-кода также позволяет делиться защищенными моделями, служащими для защиты интеллектуальной собственности.

Тестирование без аппаратных прототипов

Модели Simscape Multibody позволяют тестировать алгоритмы управления, развернутые на встраиваемой платформе и аппаратное обеспечение контроллера без использования аппаратных прототипов. В дополнение к тестам «ПО-в-контуре» (SIL) и «процессор-в-контуре» (PIL), генерация С-кода из моделей Simscape Multibody позволяет выполнять тесты «аппаратное обеспечение-в-контуре» (HIL).Это позволяет тестировать системы управления, развернутые на встраиваемых системах, не подвергая опасности оборудование и персонал, а так же повышает уверенность в том, что система будет работать так, как указано, при подключении контроллера к реальной системе.

Запуск пакетного моделирования

Многие инженерные задачи, такие как оптимизация и перебор параметров, требуют запуска множества наборов симуляций. Генерация С-кода из моделей Simscape позволяет эффективно выполнять эти задачи. Так, можно ускорить отдельные симуляции или запускать серии симуляций параллельно на нескольких процессорах или распределять их по вычислительному кластеру.

Совместное использование моделей

Simscape поможет эффективно использовать приобретенное программное обеспечение при совместном использовании моделей, использующих Simscape Multibody. Также предоставляются методы обмена моделями при защите вашей интеллектуальной собственности.

Доступ к возможностям в дополнительных продуктах Simscape

Используя режим редактирования Simscape, пользователи Simscape могут выполнять множество задач на моделях, использующих дополнительные продукты Simscape, даже если они не приобрели дополнительные продукты. Эти задачи включают в себя просмотр, симуляцию и изменение значений параметров в модели. В результате команда может использовать передовые компоненты и возможности из всего семейства продуктов Simscape, не требуя при этом приобретения всех продуктов Simscape для каждого инженера.

Задача

Разработчик модели

Конечный пользователь

Симуляция

Есть

Есть

Запись и визуализация результатов

Есть

Есть

Изменение численных параметров

Есть

Есть

Генерация исходного кода

Есть

Есть

Просмотр анимаций Simscape Multibody

Есть

Есть

Доступ к функциям PowerGUI

Есть

Есть

Изменение опций параметризации блоков

Есть


Создание или разрыв физических связей

Есть



Совместное использование защищенных моделей

Simscape Multibody позволяет передавать модели другим пользователя, при этом защищая интеллектуальную собственность разработчика. Можно защитить пользовательские компоненты, определенные с использованием языка Simscape, а также подсистемы, содержащие блоки Simscape Multibody .Совместное использование этих моделей позволяет другим пользователям запускать симуляции, изменять параметры и генерировать С-код, но скрывает исходную реализацию.

Simscape в обучении

MATLAB, Simulink и Simscape используются во многих ведущих университетах. Преподаватели используют моделирование и симуляцию с 3D-визуализацией, чтобы продемонстрировать учащимся реальные примеры, демонстрирующие теорию. Используя симуляции, учащиеся могут создавать прототипы в виртуальной среде, что побуждает их опробовать новые разработки и исследовать все пространство параметров. Симуляции позволяет оптимизировать разработки в исследовательских проектах и студенческих конкурсах. Поскольку эти продукты также широко используются в таких отраслях, как автомобилестроение, аэрокосмическая промышленность и робототехника, выпускники, имеющие опыт работы с MATLAB, Simulink и Simscape, пользуются спросом у работодателей.

${message}

${message}