主要内容

建模的最佳实践

接地规则

本节包含使用特定于领域的引用块(例如电子参考机械平移参考,等等),以及正确和不正确配置的示例。

根据以下规则将参考块添加到模型中:

每个域需要至少一个引用块

在物理网络中,每个域必须至少包含一个适当类型的参考块。例如,下图所示的机电模型两者都有电子参考机械旋转参考块连接到适当的电路。

每个电路至少需要一个参考块

在一个域内的每个拓扑上不同的电路必须包含至少一个参考块。一些块,如理想变压器,接口网络的两个部分,但不传递有关信号电平相对于参考块的信息。在下图中,有两个独立的电路,和电子参考两边都需要积木理想变压器块。

下一个图会产生误差,因为它在二次绕组的电路中缺少电气参考。

然而,下面的图不会产生错误,因为电阻定义了相对于地基准的输出电压。

在一个电路中允许多个到域参考的连接

一个电路中可以使用多个参考块来定义多个到域参考的连接:

  • 所有直接接地的块的电气保电端口必须连接到一个电子参考块。

  • 所有刚性固定在框架(地面)上的平移端口必须连接到a机械平移参考块。

  • 所有刚性固定在框架(地面)上的旋转端口必须连接到a机械旋转参考块。

  • 与大气相关的所有流体块的保存端口(例如,液压泵的吸入端口,或阀门、气缸、管道的返回端口,如果它们被认为直接与大气连接的话)必须与适当的域参考相连接,例如液压参考块。

例如,下面的图正确地显示了到一个电气地的两个分开的连接。

避免数值模拟问题

物理建模块的某些配置可能导致数值困难或减慢模拟速度。当这种情况发生时,Simscape求解器会在MATLAB中发出警告®工作区,如果初始化失败,则会出现Simscape错误。

在电路中,常见的导致这种行为的例子包括并联电容器的电压源、串联电流源的电感、并联电压源和串联电流源。通常,数字困难的原因是显而易见的。例如,两个并联的电压源必须具有相同的电压值;否则,连接它们的端口就不是物理保存端口。在实际电路中,并联电压源这样的拓扑是可能的,并且由于寄生串联电阻,它们的瞬时电压有很小的差异。

请注意

从数学上讲,这些拓扑会导致指数-2微分代数方程(拓扑)。它们的解需要约束方程的两个微分,因此,在可能的地方避免这些组件拓扑在数值上是更好的。

有两种方法可以解决这些困难。第一种方法是将电路转换成一个等效的更简单的电路。在两个并联电压源的例子中,可以简单地删除一个电压源。这同样适用于两个串联电流源,被删除的电流源被短路取代。然而,对于某些电路拓扑,不可能找到一个等效的更简单的解决问题的方法,而需要第二种方法。

第二种方法是在元件中加入小的寄生电阻。在Simscape Foundation库中电容器电感器块包括这样的寄生项,所以你可以连接电容并联电压源和电感串联电流源。如果您的电路没有任何这样的拓扑,那么您可以将默认寄生项更改为零。注意,其他块不包含这些寄生术语,例如互感器块。因此,如果你想要串联一个初级互感器和一个电流源,你需要在初级绕组上引入你自己的寄生电导。

使用寄生电阻避免数值模拟问题的例子

下面的图模拟了一个微分器,它可以用作比例-积分-微分(PID)控制器的一部分。您可以通过输入来打开这个模型ssc_opamp_differentiator在MATLAB命令窗口中。

模拟这个模型,你会看到输出是负的输入正弦函数的导数。

现在打开电容器C块对话框,并将串联电阻设为零。该模型现在运行非常缓慢,并发出关于瞬态初始化和瞬态求解步长控制问题的警告。

问题的原因是电路有效地将电压源与电容器并联。这是因为理想运算放大器满足V +V -,在那里V +V -分别为非反相输入和反相输入。这是一个不可能用等效的更简单的电路来替换电路的例子,必须引入一个寄生小电阻。