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Simscape Multibody 教程 —— 入门学习

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发表于 2020-2-14 21:18 | 显示全部楼层 |阅读模式
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原创作者:MingruiYU
原创链接:https://www.cnblogs.com/MingruiYu/p/12305851.html
写在前面

本文要点:

  • Simscape Multibody 简介
  • Simscape Multibody 入门进修的举荐进修材料和进修顺序
  • 建模拟真进程中的严重常识

    • 模子的参数设备(Model Workspaces)
    • 模子求解器(Solver)的挑选

对于MATLAB系列的全数产物,小我以为最好的进修材料都是 MathWorks 公司供给的官方文档,很是清楚,也很是细致。本文的大部份内容也都是基于官方文档,我也极力举荐大家以阅读官方文档为先(阅读英文版更好)。但小我进修进程中感受进修官方文档大要存在的题目是:文档出格多,不晓得该从哪个页面动手,进修顺序应当怎样。所以在这里,我会对我摸索后以为比力合适的阅读进修顺序举行梳理。
我起头进修操纵Simscape Multibody的契机是近来要做一个关于线状柔性体 (Deformable Linear Object) 操纵控制的项目,需要首先对柔性体举行物理建模。物理建模首选固然是找一找有没有现成的仿真平台可以操纵,经过调研和查找以后,发现在 Simulink 情况中有一个叫作 Simscape 的模块,其中的 Simscape Multibody 模块似乎可以告竣这个目标。因而起头进修 Simscape 和 Simscape Multibody,并摸索怎样操纵它对线状柔性体举行简单的仿真。现在这个仿真的 demo 已经底子做出来了,怎样对线状柔性体举行仿真我将会在今后的文章及第行先容,本文用来先容一下怎样入门 Simscape Multibody 模块。
对于Simulink我就不外多先容了,进入大学,必定会操纵到 MATLAB ,也必定会听说过 Simulink。Simulink 是一个超级超级强大的仿真平台,除了生孩子啥都夺目(笑)。对于 Simulink 的进修,首先倡议阅读 [Simulink 官方文档]https://ww2.mathworks.cn/help/simulink/index.html),此外假如想深入进修 Simulink 作为今后安身立命的家伙事儿的话,可以阅读《Simulink仿真及代码天生技术入门到精明》书籍。
Simscape Multibody 简介

Simscape 是 Simulink 的一个模块,而 Simscape Multibody 又是 Simscape 的一个模块。其关系以下:(官方先容)

  • Simulink一个模块图情况,用于多域仿真以及基于模子的筹划。它支持系统级筹划、仿真、自动代码天生以及嵌入式系统的连续测试和考证。Simulink 供给图形编辑器、可自界说的模块库以及求解器,可以大要举法子态系统建模和仿真。Simulink 与 MATLAB 相集成,这样您不单可以大要在 Simulink 中将 MATLAB 算法融入模子,还能将仿真成果导出至 MATLAB 做进一步分析。

    • Simscape: 可让您在 Simulink 情况中灵敏建立物理系统的模子。经过 Simscape,您可以基于物理毗连间接相连模块框图建立物理组件模子。经过将根柢组件依照道理图装配,为机电、桥式整流器、液压致动器和制冷系统等系统建模。Simscape 附加产物供给了更多复杂组件和分析功用。

      • Simscape Multibody: (前身为 SimMechanics)供给了适用于 3D 呆板系统(例如呆板人、汽车悬架、修建装备和飞机升降架)的多体仿真情况。您可以操纵表示刚体、枢纽、约束、力元件和传感器的模块对多体系统举行建模。Simscape Multibody 会建立全部呆板系统的活动方程并举行求解。您可将完整的 CAD 装配件(包含质量、惯性、枢纽、约束和 3D 几多结构)导入到模子。您可在自动天生的 3D 动画中检察系统静态。Simscape Multibody 可帮助您斥地控制系统并测试系统级性能。


简言之,Simscape 是以很是直观的形式对物理系统举行仿真的,而 Simscape Multibody 是其中专门用来对呆板系统举行仿真。官方有一个视频简介,可以让你很直观地了解 Simscape Multibody 的感化。我感受,它区分于 Simscape 根柢模块的一个严重内容就是,它可以在三维空间举行仿真,而且可以给出衬着后的三维系统。
注: 我现在操纵的 MATLAB 版本是 R2019b(最新版),在我进修的进程中发现,像 Simscape Multibody 这类比力新的工具模块,更新是比力多的。我之前用的是 R2018a,发现其中很多内容和最新的官方文档都不完全一样(例如选项的位置,呆板部件的品种等)。所以,在大家进修的进程中,很是倡议将自己的 MATLAB 版本更新至与官方文档齐截。
Simscape Multibody 入门进修

那末,怎样来进修 Simscape Multibody 呢?我小我以为,以下的入门进修流程是比力合适的:

  • 经过官方文档中的例子初步了解 Simscape
  • 经过官方文档中的例子初步了解 Simscape Multibody
  • (按照需要,阅读此外的官方文档)
  • 经过官方供给的 examples 举行进修
经过例子初步了解 Simscape

既然 Simscape Multibody 是 Simscape 的一个子模块,那固然要先了解一下 Simscape 了。倡议经过官方文档中的一个例子来了解:Essential Steps for Constructing a Physical Model。这个例子讲了怎样建立一个质点-弹簧-阻尼(Mass-Spring-Damper)系统,并对其举行 PID 控制。这个例子很是具体,即使之前完全没有用过 Simulink,也可以按照教程举行操纵,很是适当用来入门,经过例子来对 Simscape 举行形象直观的了解。
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经过例子初步了解 Simscape Multibody

Simscape 根柢模块大要了解一下便可以了,下面间接进入对于 Simscape Multibody 的进修。照旧举荐经过官方文档中的例子来了解:Getting Started with Simscape Multibody。这个例子分四步先容了怎样从零起头,建立一个单摆的仿真模子。
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经过进修该示例教程,可以简单领会 Simscape Multibody 的脑筋,以及建模拟真的底子流程。今后碰到更复杂的模子,都是在这类简单模子的根柢上,一点点叠加组成的。所以把握好这个例子,便可以为以后进修更复杂的例子,打下很好的根柢。
注: 在跟从该教程建立了一个单摆的仿真模子后,我倡议,可以间接在该模子的根柢上,自己脱手理论,将其升级为一个双摆模子,并举行仿实在行。以此简单检验自己的把握水平,锻炼自己的操纵水平。
(按照需要,阅读此外的官方文档)

除了 Getting Started 之外, Simscape Multibody 的官方文档 还包含很多很多的内容。可是我小我感受,此外的内容比力细致,也比力杂。顺顺序阅读是不太现实的。倡议等到需要用什么功用、什么模块的时候,再按需求查阅,举行进修。在官方文档页面的右上角搜索栏,输入需要搜索的内容,可以很方便的检索到关连的文档。
经过官方供给的 examples 举行进修

官方文档的阅读是需要不停举行的,但不脱手理论,没有示例支持,进修官方文档是艰涩的。Simscape Multibody 供给了很多个 Examples,小我感受,经过这些已建立好的模子举行进修,是出格直观和有用的(就似乎刷点题以后,对概念的大白会加倍深入)。
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点进某一个模子后,有对这个模子的简单先容。再点击页面右上角View MATLAB Command图标,会表示该模子的命令,在MATLAB软件的命令行窗口中输入该命令,便可以间接大要该模子的Simulink界面。
对官方模子的每一个细节都好好研讨一番,对建立自己的模子黑白常有帮助的。同时,Examples 中的模子的复杂水平也是由简入繁,适当循规蹈矩的进修。后背的模子已经很复杂了,大家可以按照自己的情况,研讨到自己以为够用了便可以了。
自此,对于 Simscape Multibody 的入门进修底子就完成了。我学完这些内容大要用了两天时候(由于在摸索怎样学,所以服从较低),信赖大家的进修速度必定会快很多。
建模拟真进程中的严重常识

下面记载一些自己在进修建模拟真进程中,以为比力根柢也比力严重,有必要展开了具体进修的内容。我也是刚刚起头摸索和进修,这也是我把握水平不停提拔的进程。
这些常识的列举顺序,大要就是我在进修和理论中碰到这些题目标顺序,所以对大家应当也有些参考价格。
仍然是以官方文档为最高参考材料。
模子中的参数设备

模子中必定少不了参数,那末怎样对模子中的参数举行设备(大要说,模子中的参数是从何处读取的)呢?
模子中的参数是存储在 model workspaces 中的。就像 MATLAB 有工作区(Base Workspaces)一样,每一个模子也有自己的工作区。model workspaces 的关连先容: (https://ww2.mathworks.cn/help/simulink/ug/using-model-workspaces.html?lang=en),页面下方的 Related topics 中有更具体的先容。
关于怎样变动 model workspaces 中存储的 data,参考文档:(https://ww2.mathworks.cn/help/simulink/ug/change-model-workspace-data.html?lang=en)。
求解器(Solver)的设备

系统的仿真,必定是需要微分方程的求解的。在 Simulink 中, 微分方程的求解是自动完成的,可是需要自己挑选合适的求解器(Solver),并设备合适的求解器参数。
关于怎样挑选合适的求解器,参考文档:(https://ww2.mathworks.cn/help/simulink/gui/solver.html)。
一样平常来说:

  • 首先尝试 ode45
  • ode45 失利或低效,则尝试 ode15s(最适当刚性题目)
  • ode15s 难以处置惩罚的题目,可尝试 ode23t(容差较宽松的条件下,更高效)
持续进修和更新中 ……

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