Simscape ネットワークと Simscape Multibody のジョイントとの接続

ボディ、ジョイント、拘束、力の要素、およびセンサーを表す Simscape™ Multibody™ ブロックを使用して、3 次元機械システムをモデル化できます。これらのモデルには、油圧システム、電気システム、空気圧システム、その他の物理システムを表す Simscape ネットワークも含めることができます。Simscape ネットワークと Simscape Multibody ブロックとの接続が必要なマルチドメイン モデルの例として、次があります。

• Simscape Multibody ブロックで構成され、油圧システムにより駆動されるため、Simscape Fluids™ ライブラリの油圧アクチュエータとのインターフェイスが必要な機械システム

• Simscape Multibody ジョイントの作動に使用されるモーターを含む Simscape の電気回路

• Simscape Multibody ジョイントの非線形バネ、ダンパー、摩擦のモデル化

Simscape ネットワークは 1 次元ですが、Simscape Multibody には 3 次元のモデル化機能があります。このため、Simscape の機械回転端子および機械並進端子を Simscape Multibody ブロックに直接接続することはできません。ブロック線図の Simscape の部分と、検出と作動の両方に関与する Simscape Multibody のジョイントとの間に双方向接続を設定する必要があり、場合によっては位置情報も渡す必要があります。

• 並進インターフェイス全体で、力と相対速度が等しい必要があります。接続をよりロバストにするには、ジョイントの速度を検出し、ジョイントに作動力を与えます。

• 回転インターフェイス全体で、トルクと相対角速度が等しい必要があります。接続をよりロバストにするには、ジョイントの角速度を検出してジョイントにトルク作動を与えます。

• Simscape Multibody の接続は位置情報を含みますが、Simscape の機械的な接続は相対速度のみを考慮します。一部の Simscape ブロックは速度にのみ依存しますが、特定の Simscape ブロックは速度と位置に依存します。Simscape ブロックの動作が位置または角度に依存する場合、その位置または角度は、初期化時とシミュレーション中の両方において、接続された Simscape Multibody のジョイントと等しい必要があります。

Simscape ネットワークを Simscape Multibody のジョイントと接続する必要があるときはいつでも、Translational Multibody Interface ブロックまたは Rotational Multibody Interface ブロックを使用して、インターフェイス ブロックの使用方法の手順に従います。位置または角度に依存するブロックが Simscape ネットワークに含まれている場合は、さらに位置情報を渡す方法の手順に従います。

インターフェイス ブロックの使用方法

Translational Multibody Interface ブロックと Rotational Multibody Interface ブロックは、ブロック線図の Simscape の部分と Simscape Multibody のジョイントとの接続に役立ちます。

• Translational Multibody Interface ブロックは、インターフェイス全体の力と相対速度を一致させます。直進プリミティブをもつ任意の Simscape Multibody のジョイントに、これを接続できます。Translational Multibody Interface ブロックには、Simscape ネットワークに接続する 2 つの機械並進端子 [C] および [R] があります。また、Simscape Multibody のジョイントの作動端子と検出端子にそれぞれ接続する 2 つの物理量信号端子 [f] および [v] があります。

• Rotational Multibody Interface ブロックは、インターフェイス全体のトルクと相対角速度を一致させます。回転プリミティブをもつ任意の Simscape Multibody のジョイントに、これを接続できます。Rotational Multibody Interface ブロックには、Simscape ネットワークに接続する 2 つの機械回転端子 [C] および [R] があります。また、Simscape Multibody のジョイントの作動端子と検出端子にそれぞれ接続する 2 つの物理量信号端子 [t] および [w] があります。

次のブロック線図は、Translational Friction ブロックと Translational Damper ブロックを含む Simscape 機械並進ネットワークを示しています。このネットワークは、Translational Multibody Interface ブロックを使用して Simscape Multibody の Prismatic Joint ブロックに接続されています。

Translational Multibody Interface ブロックを使用するには、次を行います。

1. Prismatic Joint ブロックで、直進ジョイント プリミティブの作動オプションと検出オプションを指定します。

   • [Actuation] で [Force] を [Provided by Input] に設定して、作動力端子 [f] を有効にします。

   • [Sensing] で [Velocity] を選択して、速度検出端子 [v] を有効にします。

   ジョイントに複数の自由度がある場合は、選択した作動オプションと検出オプションを必ず同じ自由度に対応させます。

2. Translational Multibody Interface ブロックの物理量信号端子 [f] および [v] を、Prismatic Joint ブロックの端子 [f] および [v] に接続します。

3. Translational Multibody Interface ブロックの端子 [C] および [R] を Simscape 機械並進ネットワークに接続します。この例では、Translational Friction ブロックおよび Translational Damper ブロックの端子 [C] および [R] を Translational Multibody Interface ブロックの対応する端子に接続します。

位置情報を渡す方法

Translational Friction や Translational Damper などのブロックには位置情報が不要であり、これらのブロックには力と角速度に基づくインターフェイスで十分です。油圧アクチュエータのような他のブロックでは、相対位置または相対角度に関する情報がそれらの端子間に必要です。

これらのブロックを Simscape Multibody のジョイントに接続するには、次を行います。

1. Translational Multibody Interface ブロックまたは Rotational Multibody Interface ブロックを使用して、Simscape ネットワークをジョイントに接続します。ジョイントの作動検出端子と速度検出端子を有効にし、インターフェイス ブロックの使用方法の説明に従ってそれらの端子を接続します。

2. さらに、ジョイントの位置検出端子 [p] (回転の自由度の場合は端子 [q]) を有効にします。ジョイントに複数の自由度がある場合は、必ず位置検出を、手順 1 で選択した作動検出オプションおよび速度検出オプションと同じ自由度に対応させます。

3. アクチュエータ ブロックで、[インターフェイスの変位] (回転アクチュエータの場合は [インターフェイスの回転]) パラメーターを [Multibody のジョイントから入力信号を提供] に設定して、位置入力端子 [p] (または [q]) を有効にします。アクチュエータ ブロックの入力端子を、Simscape Multibody のジョイントのそれぞれの検出端子に接続します。

たとえば、ブロック線図に示すように Translational Mechanical Converter (IL) ブロックを Prismatic Joint ブロックに接続するには、次を行います。

1. Prismatic Joint ブロックで、直進ジョイント プリミティブの作動オプションと検出オプションを指定します。

   • [Actuation] で [Force] を [Provided by Input] に設定して、作動力端子 [f] を有効にします。

   • [Sensing] で [Velocity] を選択して、速度検出端子 [v] を有効にします。

   • [Sensing] で [Position] を選択して、位置検出端子 [p] を有効にします。

   ジョイントに複数の自由度がある場合は、選択した作動オプションと検出オプションを必ず同じ自由度に対応させます。

2. Translational Multibody Interface ブロックの物理量信号端子 [f] および [v] を、Prismatic Joint ブロックの端子 [f] および [v] に接続します。

3. Translational Multibody Interface ブロックの端子 [C] および [R] を Translational Mechanical Converter (IL) ブロックの端子 [C] および [R] に接続します。

4. Translational Mechanical Converter (IL) ブロックの [インターフェイスの変位] パラメーターを [Multibody のジョイントから入力信号を提供] に設定し、物理量信号入力端子 [p] を有効にします。

5. ジョイントの位置検出端子 [p] を、Translational Mechanical Converter (IL) ブロックの物理量信号入力端子 [p] に接続します。

アクチュエータのさまざまな機械の方向を考慮しながら Multibody のジョイントから油圧アクチュエータに位置情報を渡す詳細な例については、複動式アクチュエータのモデル化を参照してください。

質量と慣性をモデル化する方法

Translational Multibody Interface ブロックまたは Rotational Multibody Interface ブロックを含むモデルでは、Simscape Multibody ブロックを使用して質量と慣性をモデル化することを推奨します。この理由は、Simscape ネットワークには、そのネットワーク内のすべての質量と慣性の加速基準となる接地 (基準) ノードが必要なためです。Simscape Multibody のジョイントでは、base 座標系と follower 座標系の両方が加速していることがあります。このため、ジョイントに接続されている Simscape ネットワーク内の質量または慣性が、正しい慣性基準をもたない可能性があります。

参考

Rotational Multibody Interface | Translational Multibody Interface

関連するトピック

• 複動式アクチュエータのモデル化
• 油圧インターフェイス - 油圧シリンダーをもつダンプ トレーラー (Simscape Multibody)