Simscape

主要特性

  • 提供单一建模环境,可用于对机械、电气和液压、热场以及其他多域物理系统进行建模和仿真
  • 用于开发自定义组件的物理模块库以及数学运算库
  • 基于 MATLAB 的 Simscape 语言,支持使用文本定义物理建模组件、域和库
  • 提供参数和变量的物理单位,并自动进行单位转换
  • 仿真的模型可以包括相关物理建模工具提供的模块,而无需购买这些建模工具
  • 支持 C 代码的生成

构建直流电机模型 5:01
电子和机械物理建模组件用于构建此模型。

Simscape 可用于优化系统级性能以及被控对象建模。您所创建的模型支持您的整个开发流程,包括硬件在环仿真。

Simscape - servo-valve
电液伺服阀的截面图(右),使用的喷嘴挡板放大器以黄色高亮显示。Simscape 模型(左)中彩色模块与彩色箭头对应,这些箭头代表典型的液体流动路径。

物理系统建模

利用 Simscape,建立系统模型就如同装配物理系统一样。Simscape 采用物理网络方法(也称为非因果性建模)进行模型构建:模块相当于物理元器件,比如如泵、电机、运算放大器等。模块之间的连线相当于物理连接,用于传递能量。通过这种方法,您描述的是系统的物理结构,而非底层的数学原理。模型与原理图非常相似,Simscape 可以从建立的模型中自动构造微分代数方程 (DAE),描述系统动态性能。这些方程与 Simulink 模型的剩余部分集成,直接求解 DAE。同时求解不同物理域组件变量,避免代数环问题。

组件库

您可以使用 Simscape 基础库中的基本元件来创建自定义组件模型。

构件机械组件模型

Simscape 提供与一维平动和一维转动相关的基本机械模块。除了质量、弹簧和阻尼等基本元件外,各种非线性效应比如反冲和摩擦也包括在内。SimMechanics™ 和 SimDriveline™ 提供的接口模块可用于将 Simscape 模型与使用这些工具构建的模型连接起来。

构建电气组件模型

Simscape 提供表示电子元器件和回路的基本电气模块。除了电阻器、电容器和感应器等基本元件外,还包括运算放大器和变压器等更复杂的元件。更复杂的电子元件或机电元件可以在 SimElectronics™库中找到。

构建直流电机模型 5:01
电子和机械物理建模组件用于构建此模型。

构建液压组件模型

Simscape 提供了各种液压模块来模拟基本液压效应,这些基本模块来可以组合起来描述更复杂的液压组件。这些模块定义了各种基本物理效应的压力/流量关系,如流体压缩性、流体惯性、机械摩擦、能量转换和流体通过定截面以及变截面节流孔。可通过设置流体属性来定义流体。更复杂的液压元件可以在 SimHydraulics® 库中找到。

构建四通液压阀和液压缸模型 3:41
液压和机械物理建模模块用于构建此模型。

构建热效应模型

Simscape 提供用于建模和仿真系统中热效应的基本热模块。可以模拟热传导,热对流,热辐射,以及元件的热质量。热源模块可以指定温度或热流;热传感器模块可以测量热流量或温度变化。

构建投影仪传热模型 8:00
热物理建模组件用于构建此模型。

使用物理信号

使用 Simscape 搭建的模型可以包括带单位的物理信号。可以在模块参数对话框中指定参数值及其单位,Simscape 在求解物理网络时会进行必要的单位换算。使用物理信号模块库的模块,可直接对物理信号进行各种数学运算,很方便的在物理网络模型中搭建方程。Simscape 模块图使用物理信号端口,更好的将物理信号集成到物理系统中,加快了计算速度。

使用这些基本库里的元件,您可以构造出涉及多物理域的更复杂的组件。跟 Simulink 一样,你可以将这一系列模块组合为一个子系统,并将其参数化,以便重用和共享这些组件。

你可以使用 Simscape 中的传感器模块来测量各物理量的值,如机械(力/扭矩、速度)、液压(压力、流量)或电气(电压、电流)变量,然后将这些信号传递到标准 Simulink 模块。Simulink 信号可以通过源模块来给这些变量中的任何一个赋值。通过传感器模块和源模块,你可将 Simulink 开发的控制算法与 Simscape 模型网络连接起来。

Simscape - libraries
用于创建自定义组件模型的 Simscape 电气、机械、液压和热模块库。

Simscape 语言

Simscape 语言可用于定义新的物理域,以及创建自己的物理建模组件和库。它基于工程师们非常熟悉的 MATLAB 编程语言为基础。通过这种面向对象的建模语言,您可以定义自定义组件,包括参数化、物理连接端口以及非因果隐式 DAE 方程。您也可以使用 MATLAB 来分析参数值,进行一些初等运算以及初始化系统变量。这些 Simulink 模块及其对话框都是从 Simscape 源文件自动创建而来。

Simscape Language: Electronic Example 3:18
Model custom electronic components using the Simscape™ language. Define a resistor whose behavior varies with temperature.

您创建的组件可以重用 Simscape 已定义的物理域,以确保您的组件与标准 Simscape 组件兼容。您也可以添加自己的物理域。可以自动创建 Simscape 组件和物理域的库,这样就可以在团队之间共享这些模型。也可以为包含自定义组件的 Simulink 模型生成 C 代码。

使用 Simscape 语言为自定制的液压组件建模 3:38
使用基于 MATLAB® 的物理建模语言构建一个固定液压孔径模型。

通过使用 Simscape 语言,您可以精确指定您的物理组件模型中需要考虑哪些影响。因此您可以在模型逼真度和仿真速度之间进行权衡。

Simscape - ultracapacitor
使用 Simscape 语言创建考虑能量损失的超级电容。图示方程(底部)使用 Simscape 语言(左)的实现方式。Simulink 模块图(右上)及其属性对话框(中)都是从 Simscape 源文件自动创建而来。

使用 Simscape 编辑模式共享模型

在 Simscape 编辑模式下,您可以使用 Simscape 及其附加工具箱来进行物理建模和仿真: SimDriveline、SimElectronics、SimHydraulics、SimMechanics 和 SimPowerSystems。即使只有 Simscape 许可证,只要您机器上安装了附加工具箱,您也可以打开、仿真、参数调节以及保存含有附加工具箱模块的模型。您不需要购买额外的许可证,就可以在团队之间共享您的模型。。

了解更多有关在 Simscape 中使用受限模型的信息。

Sharing Models Using Simscape Editing Mode 3:31
Share models without requiring licenses for Simscape™ add-on libraries. Open models in Restricted Mode and perform tasks such as simulation, parameter tests, and code generation.

将 Simscape 模型转换为 C 代码

Simscape 可以将您的模型转换为 C 代码,以确保可使用 Simulink 加速模式来缩短仿真时间。您也可以使用 Simulink Coder™ 将 Simscape 模型转换为 C 代码,这样就可以:

  • 实时仿真,进行 HIL 测试
  • 将您的模型集成到其它仿真环境中
  • 将 Simscape 模型编译为独立的可执行文件,这样可加速您的分析过程,比如参数分析和 Monte Carlo 仿真

将 Simscape 模型转换为 C 代码 4:38
通过模型创建一个独立可执行文件,对可变参数模型的仿真进行加速。

将模型配置为实时运行,您可以使用硬件在环测试取代昂贵的原型机来进行系统测试。可以在开发流程的早期发现错误,降低成本和缩短设计周期。

以 HIL 测试取代硬件原型对控制算法进行测试 5:21
合并了 MathWorks 物理建模产品模块的 Simulink® 模型转换为 C 代码并下载到 Bachmann electronic M1 硬件控制器上。

MATLAB 与 Simulink 集成

Simscape 扩展了对物理系统建模的功能。您可以使用物理连接的方式搭建物理对象模型,还可以将其直接连接到使用信号流的方式搭建的 Simulink 控制模型。Simscape 模型还可以直接连接至 MathWorks 其它行业工具箱或者是其它物理的物理建模工具,这样你就可以模拟出不同物理域之间的复杂耦合关系。

机械、液压、电子和控制系统模型的集成 5:49
这种方法可以让工程师独立测试各系统并完成全系统整体性能的测试。

您可以使用 MATLAB 来参数化模型、自动化仿真测试、分析输出数据以及优化系统性能。这样,您便可以在 MATLAB 和 Simulink 环境下测试整个系统(多物理域对象模型和控制器)。

Simscape - rectifier
将 120 伏交流电压转换为 12 伏直流电压的全波桥式整流器的 Simscape 模型(顶部)。此模型可用于为特定负载确定电容值。下图(底部)显示了直流电压的波动。

试用 Simscape

获取试用版软件

Simulink用于实时测试的解决方案

观看网上技术交流会录像