Simscape

マルチドメイン物理システムのモデリングおよびシミュレーション

 

Simscape™ を使用すると、Simulink® 環境で物理システムモデルをすばやく作成できるようになります。Simscape を使用して、ブロック線図やその他のモデリングパラダイムと直接統合する物理接続に基づき、物理コンポーネントモデルを構築します。基礎コンポーネントを使用し回路図を組み立てることにより、電気モータ、ブリッジ整流器、油圧アクチュエータ、冷凍システムなどのモデリングを支援します。Simscape アドオン製品は、より複雑なコンポーネントおよび解析機能を提供します。

Simscape は、制御システムの開発と、システムレベルでのパフォーマンスをテストするための支援となります。MATLAB® ベースの Simscape 言語を使用してカスタム コンポーネント モデルの作成ができます。これにより、物理モデルコンポーネント、ドメイン、およびライブラリのテキストベースによる構築が可能です。MATLAB 変数および式を使用してモデルをパラメーター化し、Simulink上で物理システムの制御システムを設計できます。ハードウェアインザループ (HIL) システムを含むその他のシミュレーション環境へモデルを展開するため、Simscape では C コード生成をサポートしています。

始める:

マルチドメイン回路図

複数ドメインに及ぶモデルを迅速に構築します。

正確なモデルをすばやく構築

物理的 (非因果的) 接続を表す配線で、システムの回路図を組み立てます。機械系、電気系、油圧系、およびその他のコンポーネントによるネットワークのための方程式は、自動的に提供されます。

ブロック図および概略図で表されているばね質量ダンパー

直感的なモデルを他の人と共有

各モデルがシステムの物理構造と合致するため、Simscape モデルは簡単に理解して解釈することができます。すべてのシステムがモデルに含まれ、どのように相互に接続されているかを明確に確認できます。

機械コンポーネント、流体コンポーネント、および熱コンポーネントを伴うマルチドメイン回路図

プロジェクトをまたがってモデルを再利用

Simscape のモジュラー インターフェイスにより、追加の作業なしで新規設計にモデルを取り入れることができます。独自のカスタムモデルのライブラリを、多数のアプリケーション固有のプロジェクトで再利用することができます。

再利用可能な DC-DC 降圧コンバーター コンポーネントが 12 V ネットワーク で動作。

総合的なライブラリ

多くの物理ドメインと忠実度を網羅する数千のコンポーネントで描画します。

数千のコンポーネントモデル

Simscape のライブラリには、抵抗器、ばね、およびバルブなどの基本的要素と、電気駆動装置、トランスミッション、および熱交換器などのより複雑なコンポーネントが含まれています。サンプルのモデルではそれらを組み合わせてライブラリを拡張する方法が示されています。

多数のドメインでのコンポーネントを備えた Simscape Foundation ライブラリ

多数の物理ドメインを網羅

Simscape のライブラリには機械、電気、および 2 相流体を含む、10 種以上の物理ドメインのモデルが含まれています。アプリケーションのために必要な物理効果を持つドメインを選択することができます。サンプルのモデルはドメインを新しい技術に適用する方法を示しています。

カスタムドメインを含む、Simscape でサポートされる物理ドメイン。

抽象的および詳細のバリアント

Simscape ブロックにより、摩擦、電力損失、温度に依存する動作など、物理的な影響を組み入れる、または無視することができます。モデルの忠実度を調整して、実行したい解析のための適切な詳細を取得することができます

忠実度を調節

直感的なモデリング言語

システムの動作と一致するコンポーネントを作成します。

DAE および ODE を定義

方程式ベースのモデリング言語で微分方程式および代数制約を使用して、物理コンポーネントの挙動を指定します。暗黙的な方程式を定義し、カスタムモデルを Simscape ライブラリのコンポーネントと統合可能にします。構文は MATLAB ベースのため、習得は容易です。

Simscape 言語で実装されたウルトラキャパシターの方程式

連続変数と離散イベントとの組み合わせ

連続変数を使用して正確な物理挙動を、また離散イベントを使用して抽象的挙動を指定します。たとえば、詳細モデルを使用して、パワー エレクトロニクス デバイスでのスイッチングイベント中の電力損失を取得、また抽象モデルを使用して、多数のイベントがシステムレベルの性能へどう影響するかを調べます。

イベントベースおよび連続の方程式を持つスイッチモデル

コンポーネントとサブクラスの再利用

クラスを新規テキストコンポーネントの定義にインポートし、ファイル内で新規コンポーネントを構築することにより、カスタムモデルのメンテナンスを合理化します。サブクラスを定義して他のコンポーネントへ継承することにより、インターフェイスの一貫性を確実にします。

Simscape 言語ファイルでのコンポーネントの再利用および接続

効率的シミュレーション

幅広いエンジニアリング作業で物理モデル シミュレーションを使用します。

自動での方程式の簡略化

Simscape では、物理システム全体に対して、方程式の定式化を自動で実行します。回路図の構文解析後、Simscape ではシンボリック処理およびインデックスリダクションを使用してシステムを最も効果的に表すように数学的に定式化します。

サイクルの高圧部が超臨界流体領域で動作する蒸気圧縮冷却サイクルのモデル

特殊な DAE ソルバー

Simscape では Simulink ソルバーを使用して、DAE をシミュレーションするソルバー技術が含まれてます。Simscape では、使用すべきソルバーと設定がモデルの内容に基づいて提案されるので、その設定を調整し正確性とシミュレーション速度のトレードオフのバランスをとることができます。

DAE をシミュレーションするよう設計されたソルバーなどの、Simscape ソルバーのオプション

リアルタイム シミュレーション

Simscape はリアルタイム シミュレーション向けの特殊なシミュレーション技術を使用します。時間当たりの演算量を必要な量に制限し、リアルタイム実行を実現します。Simscape は、HIL テスト、トレーニング シミュレーション、およびリアルタイムシステムとの同期が必要な他の状況に使用できます。

Simscape モデルでの、リアルタイム シミュレーション向けの設定

洞察に満ちた解析

設計パフォーマンスをすばやく確認して改善します。

シミュレーション結果の探索

変数値やイベントのタイミングなど、Simscape モデルのシミュレーション結果を迅速に探索します。結果のプロットからモデル (ブロックおよび個別の方程式を含む) に直接移動し、確認した動作の原因を調査します。

Simscape Results Explorer で Simscape モデルからシミュレーション結果を確認

モデルの複雑度の測定

Simscape 統計ビューアーを使用して、モデルでの演算量の多い部分を特定します。変数、イベントをトリガー可能な方程式、制約など、定量的にモデルの複雑度を測定します。変更がシミュレーション中のモデルのパフォーマンスを改善する可能性を判断します。

方程式定式化中において保持されている、または除外されている変数の、Simscape 統計ビューアーでの表示

シミュレーション パフォーマンスの最適化

Simulink ソルバー プロファイラーを使用して、シミュレーション速度の低下を引き起こす原因を特定します。プロットと表がシミュレーション中のソルバーの挙動を表示するので、シミュレーション速度を向上させるモデルとソルバーの調整方法を特定するのに役立ちます。

モデルの展開

組み込みコントローラーのテストも含め、開発プロセス全体でモデルを使用

ハードウェア プロトタイプなしでのテスト

Simscape のモデルを C コードに変換し、dSPACE®、Speedgoat、OPAL-RT、および他のリアルタイムシステムでのハードウェアインザループ テストを使用して、組み込み制御アルゴリズムをテストします。生産システムのデジタルを使用してテストを構成することによって、仮想試運転を行います。

並列シミュレーションによる高速な最適化

Simscape モデルを C コードに変換して、シミュレーションを高速化します。1 台のマシン上の複数のコア、計算クラスター内の複数のマシン、またはクラウド上にシミュレーションを展開することによって、テストを並列実行します。

並列演算を使用し、最小の電力消費に最適化されたロボットの経路

他のチームとのコラボレーション

各 Simscape アドオン製品のライセンスを購入しなくても、Simscape 製品ファミリのすべての拡張コンポーネントや機能などのモデルを調整してシミュレーションできます。保護されたモデルを外部チームと共有して、IP の公開を回避します。

Simscape アドオン製品を使用したモデルは、これらの製品を購入していない人にも共有可能

Simscape 製品ファミリ

統合の問題を特定するために、単一のシミュレーション環境でテストする

システム全体をモデル化

Simscapeアドオン製品(Simscape Multibody、Simscape Electrical、Simscape Driveline、および Simscape Fluids)を使用して、3 Dメカニカルシミュレーション、三相電気ネットワーク、およびその他の機能をサポートします 。ドメイン固有の解析を実行し、アプリケーション固有の例を始めます。

プラットフォームとアドオン製品を備えた Simscape 製品ファミリ

モデルとデータのインポート

CAD ソフトウェアからアセンブリを、SPICE からネットリストを、流体データベースから流体プロパティを、また有限要素ソフトウェアから低次元化モデルをインポートします。ハードウェア設計者からの最新のデータを含む正確なシステム レベル モデルを作成します。

多数のドメイン固有ツールからデータとモデルを Simscape にインポートすることが可能

設計チームを一つに

全体システムの仕様が実行可能になることで、設計プロセスの早期にソフトウェア プログラマーとハードウェア設計者の共同作業を可能にします。シミュレーションを使用して、設計空間全体を詳細に調べます。

制御ロジックがロボットアームと 2 つのコンベアベルトを調整して、パッケージを運んで整列。

MATLAB & Simulink

完全なシステムモデルに対して実行されるタスクを自動化することによって、設計を最適化

MATLAB によるあらゆるタスクを自動化

MATLAB を使用して、モデルアセンブリ、パラメーター化、テスト、データ収集、後処理など、あらゆるタスクを自動化します。一般的なタスクのアプリを作成することで、エンジニアリング組織全体の効率性を高めます。

MATLAB コマンドを使用した RC 回路の構築を示すアニメーション

システム設計を最適化

Simulink を使用して、制御アルゴリズム、ハードウェア設計、および信号処理を単一環境に統合します。最適化アルゴリズムを適用して、システムにとって最適な全体設計を見つけます。

開発サイクルを短縮化

確認および検証ツールを使用して、設計の反復回数を削減し、要件が完成して一貫していることを確認します。開発サイクル全体を通じて継続的に検証することで、システム レベルの要件が満たされていることを確認します。

新機能

sscnewfile 関数

Simscape ファイルテンプレートを使用して、カスタムのコンポーネント、ドメイン、および関数を作成

初期化方程式

モデルの初期化のみのあいだ実行される方程式を指定

接続ラベルブロック

保存ポート間の仮想接続を使用してブロック線図を整理

ガス、湿り空気、熱流体、および 2 相流体ブロックのためのランタイム パラメーター

C コードを再生成せずにコンポーネントのパラメーター値を変更

ガス、湿り空気、および熱流体ブロックのための端子の条件つき可視化

ブロックバリアントの追加端子を公開

熱力学特性センサー (MA) ブロックのための追加計測オプション

乾燥空気の単位質量に基づいて熱力学特性を計測

2 相流体プロパティの可視化

2 相流体ドメインデータをプロット

これらの機能および対応する関数の詳細については、リリースノートを参照してください。

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