matlab Simscape物理信号:为什么会存在?

3phpmpom  于 2022-11-15  发布在  Matlab
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与正常的Simulink信号相比,Simscape物理信号的附加值是多少?就我所见,从功能的Angular 来看,这两种类型的信号没有区别:我可以向两种类型的信号添加单位,它们都有流动的方向,它们都有类似的功能块,如加法、减法……仅对于物理信号,可用的块类型非常有限。为什么MatLab的研究人员不直接使用普通的Simulink线路而不是物理信号?

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与Simulink信号不同,物理信号有与之关联的单元。这意味着它们遵循许多规则,例如,为了确保使用正确的单位(例如,您不能添加kgm/s)。从documentation

使用物理信号端口

以下规则适用于物理信号端口:

  • 您可以使用常规连接线将物理信号端口连接到其他物理信号端口,类似于Simulink信号连接。这些连接线在Simscape块之间传输物理信号。
  • 您可以通过特殊的转换器块将物理信号端口连接到Simulink端口。使用Simulink-PS转换器模块将Simulink输出端口连接到物理信号输入端口。使用PS-Simulink转换器模块将物理信号输出端口连接到Simulink输入端口。
  • 物理信号可以有与其相关联的单元。Simscape块对话框允许您在适当的情况下指定单位和参数值。使用转换块将单元与输入信号相关联,并指定所需的输出信号单元。

Simscape中的任何传感器块(在任何物理域中)都将输出物理信号。然后,您可以将其转换为普通的Simulink,以便提供给您的控制器。类似地,Simscape中的任何源块(在任何物理域中)都将接受物理信号作为输入。

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我建议你读一下Simscape product page
特别是,
Simscape组件代表物理元素,如泵、马达和运算放大器。模型中连接这些组件的线对应于实际系统中传输电力的物理连接
下面的图片显示了Simscape模型比使用标准信号的模型构建起来要直观得多。这意味着模型更易于维护,对可能没有COMP-SCI背景的工程师来说也更清晰。

让我们深入研究一下什么是"physical connection"
[Simscape]采用物理网络方法,该方法不同于标准的Simulink建模方法,特别适合于模拟由真实物理组件组成的系统。
[...]
每个系统被表示为由通过它们的端口交换能量相互作用的功能元件组成。
你在你的问题中说,这两种方法都有流向。这是不对的!
Simscape模块尝试平衡进水口和出水口之间的能量。例如,流体系统中的固定孔板可能一侧压力很高。Simscape将尝试在每次迭代中解决压力平衡问题。如果没有Simscape,您将需要一些定制的Simulink子系统来实现这一点。

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与正常的Simulink信号相比,Simscape物理信号的附加值是多少?
您认为Simscape物理信号提供了什么?它是一个数字吗?,如何求解一个只有位置的质量-Spring-阻尼器系统?,它是位置,速度和加速度。
我可以向这两种类型添加单位
不,您不能。您可以在Simulink中放入您想要的任何内容。在Simscape中,您不能选择物理信号中的任何内容。你可以在中指定信号连接的单位,但你不能选择管道本身承载的是什么。
它们都有流动的方向
不,他们没有。你的头和你的躯干是相连的。这件事没有方向性。他们只是联系在一起了。物理信号同样表明(事物)在物理上是相连的。同样,质量-Spring-阻尼器系统:如果阻尼器指向质量,而Spring指向质量,那么阻尼器是否有可能影响Spring?阻尼器影响Spring,因为阻尼器影响质量,而质量影响Spring。
Spring影响质量,质量影响Spring。信号是双向的。你把信号方向性和运动链搞混了。
它们都有类似的功能块,如加法、减法
如果你坐在时速30英里的火车上,以每小时3英里的速度向前走,相对于世界框架,你的速度有多快?如果你是在向后走怎么办?增加和减少物理信号是有物理意义的。
[对于]物理信号[功能块]的可用类型非常有限
你认为他们遗漏了什么?您还能描述一下该功能块的物理含义吗?
为什么MatLab的研究人员不直接使用普通的Simulink线路而不是物理信号?
因为它们是不一样的。最重要的一点可能是,Simscape是信号+导数+二次导数,但它们只是概念上的不同。Simulink是一种编写代码的简单方法--执行这一步,沿着箭头移动,执行下一步,等等。Simscape是物理系统的图形化表示。物理信号线只是表明事物是相连的。该系统同时得到了解决。

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我不认为这主要是关于物理信号单元的执行,尽管这很好。我认为这是关于求解器--在到达求解器之前,关于状态的选择和方程的因果关系--重新排列准备好要解的方程。
Simulink与此没有任何关系,只是直接将信号作为连续的样本进行集成。我知道变步长求解器很复杂,但他们只是对采样数据进行额外的数值分析。整合和此时此地就是一切!
Simscape只是从一桶变量和一桶方程式开始,这些变量和方程式的不同依赖于所述变量。我相信他们称之为‘二部图’。就像我们必须在联立方程中导航路线来挑选简单的方程并替换(或与此等价的矩阵)一样,Simscape必须在软件中做同样的事情,因此想要保持关于信号的增强信息,例如它们在哪个方程中,它是否知道或可以很容易地获得它们的导数,它们是什么,等等。对于我们用户来说,物理信号的行为就像Simulink信号一样,但我认为它们在那里为Simscape提供有价值的服务,使这些增强的信息保持活动并在块之间链接,以便为整个系统形成一个庞大的矩阵方程,而不是在Simulink块之间作为Simulink系统进行采样的单独的矩阵方程。
这种方程式的重新排列为更传统的解算器陷入困境做好了准备,这确实是一门黑色的艺术!我们很少从MathWorks文档中了解到Simscape是如何做到这一点的,但你可以免费安装OpenModelica,看看它是如何做到的。

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