Мультидоменная схема с механическими, жидкостными и тепловыми компонентами
Мультидоменная схема с механическими, жидкостными и тепловыми компонентами

Simscape предназначен для создания моделей физических систем в среде Simulink. Моделируются такие системы, как электродвигатели, мостовые выпрямители, гидроприводы и системы охлаждения. Дополнительные продукты Simscape предоставляют более сложные компоненты и инструменты анализа.

Simscape помогает разрабатывать системы управления и тестировать производительность на уровне системы. Доступно создание собственных моделей компонентов на языке Simscape, основанном на MATLAB. Язык Simscape позволяет создавать текстовые компоненты, домены и библиотеки для физического моделирования. Модели параметризуются при помощи переменных и выражений MATLAB. Системы управления для физической системы разрабатываются в Simulink. Simscape поддерживает генерацию C-кода для запуска физических моделей на машинах реального времени и проведения HIL-тестирования.

Мультидоменная схема с механическими, жидкостными и тепловыми компонентами Мультидоменная схема с механическими, жидкостными и тепловыми компонентами

Ключевые особенности

  • Единая среда для моделирования многодисциплинарных физических систем с алгоритмами управления в Simulink;

  • Блоки физического моделирования, охватывающие более 10 физических областей, включая механику, электрику, гидравлику и двухфазные жидкости;

  • Язык Simscape, основанный на MATLAB, позволяющий создавать текстовые компоненты, домены и библиотеки физического моделирования;

  • Сокращение символьных уравнений и технология решения для систем дифференциальных алгебраических уравнений (DAE), включая обработку событий;

  • Специализированные решатели для моделирования в реальном времени и HIL-тестирования;

  • Физические единицы измерений для параметров и переменных и автоматическая обработка их преобразований;

  • Возможность симуляций моделей, в которых используются блоки из дополнительных продуктов Simscape, без покупки этих продуктов;

  • Поддержка генерации C-кода (с Simulink Coder).

Модели междисциплинарных систем

Масса-пружина-демпфер, выраженный в виде блок-схемы
Масса-пружина-демпфер, выраженный в виде блок-схемы

Продукты Simscape предлагают естественный и эффективный метод для составления математической модели физических систем. Создание междисциплинарных моделей физических систем в Simscape, не требует выведения уравнений разрабатываемой системы.

Моделирование физических связей

Компоненты Simscape представляют физические элементы, такие как насосы, двигатели и операционные усилители. Линии в модели, которые соединяют эти компоненты, соответствуют физическим соединениям в реальной системе, которые передают энергию. Этот подход позволяет описать физическую структуру системы, а не лежащую в ее основе математику. Электрические, механические, гидравлические и другие физические соединения представлены в схеме линиями, цвет которых указывает на их физическую область .Это позволяет сразу увидеть, какие системы в вашей модели и как они связаны друг с другом.

Семейство продуктов Simscape

Семейство продуктов Simscape состоит из шести продуктов, которые охватывают широкий спектр применений. Каждый из этих продуктов интегрирован в платформу Simscape. Дополнительные продукты включают в себя более продвинутые блоки и методы анализа.

  • Simscape;

  • Simscape Driveline;

  • Simscape Electrical;

  • Simscape Fluids;

  • Simscape Multibody.

Масса-пружина-демпфер, выраженный в виде блок-схемы Масса-пружина-демпфер, выраженный в виде блок-схемы

Создание моделей

Библиотека Simscape Foundation Library с компонентами из многих доменов.
Библиотека Simscape Foundation Library с компонентами из многих доменов.
Библиотека Simscape Foundation Library с компонентами из многих доменов. Библиотека Simscape Foundation Library с компонентами из многих доменов.

Модели Simscape создаются при помощи сборки компонентов в единую схему. Simscape содержит много готовых настраиваемых моделей компонентов, а также доступно создание пользовательской библиотеки блоков. MATLAB и Simulink могут быть использованы для автоматизации многих задач построения моделей.

Библиотека Foundation

Simscape предоставляет библиотеки компонентов, охватывающих более десяти различных физических областей. В каждом домене предусмотрены основные элементы, такие как механические пружины, электрические резисторы, гидравлические отверстия, пневматические камеры и резервуары для жидкости. Эти элементы комбинируются для моделирования более сложных компонентов, таких как электродвигатели, гидравлические клапаны и другие компоненты, охватывающие несколько физических областей.

Редактор моделей

Редактор моделей Simulink помогает эффективно создавать модели. Можно перемещаться по сотням предоставленных компонентов, введя имя компонента. Редактор представляет список компонентов, относящихся к физическому домену вашего последнего соединения. Другие возможности уменьшают количество нажатий и перетаскиваний, необходимых для построения вашей модели.

Автоматизация задач моделирования

Язык MATLAB используется для автоматизации построения и параметризации моделей. С его помощью программно добавляются блоки, соединения и удаляются линии или блоки. Функции MATLAB используются для определения местоположения блоков на диаграмме на основе любого атрибута этого блока и установки значений параметров. Благодаря этим возможностям создание сложных моделей, настройка значений параметров и настройка компонентов занимает считанные секунды.

Создание компонентов

Наладка преданности модели
Наладка преданности модели

Обширные библиотеки, предоставляемые продуктами Simscape, специально разработаны, чтобы помочь создавать собственные компоненты. Доступно создание компонентов, которое соответствует точному описанию системы и точно отражают точность анализа, который необходимо выполнить.

Переиспользуемые сборки

Набор компонентов Simscape собирается в схему, а затем эта схема помещается в подсистему с физическими связями. Физические соединения позволяют определять понятные, согласованные интерфейсы для пользовательских компонентов, что позволяет использовать их в других моделях. Можно предоставить пользователям этого компонента доступ к ключевым параметрам при помощи диалогового окна и дать прямую ссылку на пользовательскую документацию, встроенную в браузер справки MATLAB. Простота повторного использования повышает эффективность работы команды инженеров.

Язык Simscape

Все компоненты Simscape определены с использованием языка Simscape, который основан на языке программирования MATLAB. Используя этот объектно-ориентированный язык моделирования, можно определить свои собственные пользовательские компоненты, дополненные параметризацией, физическими связями и уравнениями, представленными как неявные DAE. Используя язык Simscape, так же можно точно контролировать, какие эффекты записываются в моделях. Это позволяет найти компромисс между точностью модели и скоростью симуляции.

Наладка преданности модели
Наладка преданности модели

Симуляция моделей

Модель цикла охлаждения при сжатии паром, в котором участок высокого давления цикла работает в области сверхкритических параметров
Модель цикла охлаждения при сжатии паром, в котором участок высокого давления цикла работает в области сверхкритических параметров
Модель цикла охлаждения при сжатии паром, в котором участок высокого давления цикла работает в области сверхкритических параметров Модель цикла охлаждения при сжатии паром, в котором участок высокого давления цикла работает в области сверхкритических параметров

Технология моделирования Simscape позволяет использовать симуляции в различных инженерных задачах. Например, модели Simscape используются для уточнения требований на ранних этапах цикла разработки, оптимизации на уровне системы и тестирования встраиваемых контроллеров без аппаратных прототипов. Simscape снижает трудозатраты на протяжении всего процесса разработки.

Сокращение уравнений и технология решателей

Simscape автоматически формулирует уравнения для всей физической системы. После анализа схемы Simscape использует символьные манипуляции и сокращение индекса, чтобы определить наиболее эффективное математическое представление системы. Специализированная технология моделирования решает DAE непосредственно вместе с остальной частью модели.

Симуляция в реальном времени

Simscape использует специализированную технологию симуляции, чтобы позволить симуляциям работать в режиме реального времени . Настраиваются как явные, так и неявные решатели так, чтобы ограничить объем вычислений на шаг по времени при сохранении требуемой точности. Разные решатели могут использоваться для разных частей одной модели, чтобы минимизировать время выполнения. Эти возможности позволяют использовать модель Simscape 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.

Анализ результатов

Редактор результатов Simscape для исследования результатов моделирования из моделей Simscape
Редактор результатов Simscape для исследования результатов моделирования из моделей Simscape

Возможности анализа Simscape позволяют быстро изучить и улучшить производительность моделируемой системы. Результаты анализа могут быть использованы для уверенности в точности моделирования.

Изучение результатов моделирования

Используя проводник результатов Simscape, вы можете быстро изучить результаты моделирования для вашей модели Simscape, включая значения переменных и время событий. Вы можете перейти непосредственно от графиков результатов к модели (блоки и отдельные уравнения), чтобы исследовать причины поведения, которое вы видите. Используя код MATLAB, вы можете автоматизировать любой анализ, включая анализ на основе времени, частоты и событий.

Измерение сложности модели

Чтобы идентифицировать вычислительные части модели, вы можете измерить сложность модели в таких величинах, как переменные, уравнения, которые могут инициировать события, и ограничения. Это помогает определить возможность повышение производительности модели во время симуляций. Simscape Statistics Viewer содержит ссылки непосредственно на модель (на блоки и переменные), для настройки точности.

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.

Редактор результатов Simscape для исследования результатов моделирования из моделей Simscape Редактор результатов Simscape для исследования результатов моделирования из моделей Simscape

Генерация C-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.

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}