• Физическое моделирование

    Стремясь усовершенствовать проект, разработчики должны создавать программное обеспечение и физическую систему параллельно. Средства физического моделирования продуктов MathWorks успешно справляются с этой задачей, позволяя:

    • Посистемно собирать модели, объединяя несколько физических компонентов и интегрируя системы автоматизированного управления в единую среду 
    • Создавать многократно используемые модели физической системы с физическими портами, помимо входных и выходных сигналов 
    • Создавать специализированные физические компоненты (механические, электрические и пр.), используя язык физического моделирования на основе MATLAB 
    • Расширить аналитический инструментарий возможностью 
    • 3D-визуализации и дополнительными средствами симуляции 
    Вы можете конвертировать модели своей физической системы в код на Си и затем использовать этот код в других средах для выполнения таких задач, как программно-аппаратное моделирование (HIL). Такие модели могут сопровождать все этапы разработки.

    Закажите бесплатный интерактивный комплект материалов по физическому моделированию (материалы на английском языке)


    Моделирование систем, содержащих различные инженерные сферы деятельности

    Физическое моделирование позволяет разработчику создавать модели, которые могут быть использованы многократно и совместно с другими инженерами. Возможность импортировать данные и модели из других сред разработки помогает обеспечить точность моделей. Благодаря интеграции этих моделей с алгоритмами управления и обработки сигналов разработчик может проверить ошибки интеграции в начале процесса проектирования.


    Импорт данных из различных источников, в том числе из САПР

    При помощи SimMechanics Link возможен импорт данных и моделей САПР в SimMechanics™. Можно импортировать информацию о массе, инерции, ограничениях и пространственную геометрию. Для уточнения модели после импорта экспериментальных данных в MATLAB ®, используется Simulink Design Optimization™ - это средство помогает автоматически настроить значения параметров модели для того, чтобы результаты моделирования соответствовали экспериментальным данным. Чем больше моделей и экспериментальных данных используется, тем точнее и актуальнее получится физическая модель.


    Создание и повторное использование интуитивно понятных моделей системного уровня

    Продукты для физического моделирования компании MathWorks содержат библиотеки компонентов. Эти компоненты разработчик может использовать в исходном виде, а может модифицировать для своих собственных нужд. Вместо использования подходов, основанных на входных и выходных воздействиях или сигналах, компоненты объединяют в физическую сеть при помощи соединений, представляющих определенную физическую предметную область (механику, электрику, гидравлику). При помощи языка Simscape™ можно реализовать собственную физическую предметную область или компонент с физическими портами, дополняющими входные и выходные порты. Полученная таким образом модель проще для понимания и повторного использования, потому что она не является чистым математическим описанием, но отражает структуру моделируемой системы.


    Интеграция физической системы и регулятора в единой среде

    Модели объектов непосредственно соединяются с алгоритмами управления и обработки сигналов, синтезированными при помощи Simulink и реализованными при помощи Stateflow машинами состояний. Синтезировать и настраивать регуляторы помогают соответствующие инструменты Simulink. Работа в единой среде разработки помогает командам разработчиков мехатронных и других сложных систем избежать проблем, связанных с параллельным моделированием и обнаружить проблемы интеграции на ранних стадиях проектирования.


    Моделирование всей системы в единой среде

    Исполнение физической модели и регулятора в одном контуре позволяет оптимизировать производительность разработки на системном уровне и на уровне отдельных подсистем. Правильная настройка помогает найти компромисс между точностью модели и скоростью исполнения. Тестирование можно ускорить, распределив задания по моделированию на разные компьютеры. Автоматизация анализа и документирование результатов также помогает сэкономить время и сократить время разработки.


    Настройка модели: поиск компромисса между точностью и скоростью

    Продукты для физического моделирования компании MathWorks содержат подробные и упрощенные модели многих часто применяемых компонентов. C помощью этих продуктов пользователь также может создавать собственные модели компонентов, используя язык Simscape. System Identification Toolbox™ позволяет создавать приближенные модели, расчет которых происходит значительно быстрее. Для специфических тестов бывает полезно выбрать определенную комбинацию подсистем. В этом поможет опция "Настраиваемые подсистемы" (Configurable Subsystems) Simulink. А благодаря возможности выбирать метод моделирования (непрерывный, дискретный, усредненный или фазор) пользователь может учитывать или пропускать различные события, возникающие во время моделирования. Благодаря такой комбинации возможностей выполнять итерации можно так быстро, как это позволяет анализ.


    Проверка эффективности системы

    Почти каждое действие над моделью может быть автоматизировано благодаря написанным на языке MATLAB скриптам. К примеру, при помощи скрипта можно выбирать различные варианты модели, менять значения параметров, выбирать численный метод, выполнять моделирования, автоматизируя, таким образом, настройку и тестирование системы. Средство SystemTest ™ существенно расширяет возможности по управлению и анализу данных, помогая создавать, выполнять тесты и сохранять результаты. Этот продукт позволяет облегчить непрерывное тестирование на протяжении всего процесса разработки. Для ускорения тестирования следует распределять задания по моделированию между ядрами процессора персонального компьютера или использовать вычислительный кластер. Для этого существует продукт Parallel Computing Toolbox ™.


    Анализ результатов моделирования и документация изменений проекта в автоматическом режиме

    В среде MATLAB возможен анализ результатов моделирования и построение графиков. Средство Simulink Report Generator ™ позволяет автоматически выполнять моделирование и генерировать отчет, в который можно включить снимки экрана с моделью, графики результатов моделирования и код MATLAB. SimPowerSystems ™ дополняет имеющиеся инструменты анализатором потокораспределения нагрузки и БПФ. Эти средства помогают интерпретировать результаты моделирования электроэнергетических систем. Автоматизация анализа существенно ускоряет процесс разработки, позволяя при этом выбрать лучшую реализацию вместо первой работоспособной.


    Оптимизация всей инженерной системы

    Для выбора компонента, позволяющего оптимизировать быстродействие на системном уровне, можно быстро переключаться между различными моделями. Моделирование можно выполнять несколько раз подряд, применяя к системе различные алгоритмы оптимизации. Так подбирается набор реалистичных параметров объекта, обеспечивающий оптимальное быстродействие и соответствие требованиями. Применяя этот подход не к отдельным компонентам, но ко всей системе в целом, можно получить оптимальную разработку на системном уровне.


    Развертывание моделей внутри команд, отделов и компаний

    Физические модели можно использовать для разработки и тестирования других систем. Благодаря возможности сгенерировать из физической модели код C разработчик может протестировать контроллер с использованием программно-аппаратного моделирования (HIL), не прибегая к использованию прототипов. Полученный код C можно развернуть и в других средах для имитационного моделирования в реальном времени, проверив таким образом программное или аппаратное обеспечение, либо получив автономные программы для испытания изделий. Средства защиты позволят сделать модель доступной для других компаний, не нарушив интеллектуальную собственности разработчика.


    Использование программно-аппаратного моделирования (HIL) до подключения к прототипам

    Модели, созданные с использованием продуктов физического моделирования MathWorks, можно преобразовать в код C для программно-аппаратного моделирования (HIL) с помощью Real-Time Workshop ® . Запустив этот код на компьютере в реальном времени и подключив к компьютеру контроллер, разработчик получает возможность проверить код и аппаратное обеспечение без использования дорогостоящих прототипов. Кроме того, инженеры могут использовать одну и ту же модель объекта для тестирования с программой в контуре (software-in-the-loop, SIL) и с процессором в контуре (processor-in-the-loop, PIL). Благодаря этим тестам разработчик проверяет свой алгоритм, не используя лишнее оборудование и не прибегая к помощи дополнительного персонала. Такая проверка позволяет убедиться, что при подключении контроллера к реальному объекту система будет работать как и планировалось.


    Интеграция моделей в другие среды моделирования

    При помощи Real-Time Workshop модель может быть преобразована в автономное приложение, которое можно использовать для моделирования на других компьютерах без лицензий на программное обеспечение MathWorks. Сгенерированный из модели код C может быть встроен в различные среды моделирования, например в авиационных симуляторах для тестирования бортового программного и аппаратного обеспечения. Повторное использование готовых моделей позволяет избежать дополнительной работы.


    Общедоступность моделей и интеллектуальная собственность

    Разработчик, использующий Simscape и расширения для него, может сделать свои модели доступными и для тех пользователей, которые эти расширения не используют. Для этого предусмотрены различные режимы редактирования Simscape (Simscape Editing Modes). Пользователи Simscape получат возможность изучать модели, изменять их параметры, выполнять созданные с помощью расширений Simscape модели. Это может быть полезно, например, при разработке контроллера или для исследования параметров. Разработчик может устанавливать защиту на файлы, написанные на языке Simscape или на целые подсистемы. Это поможет защитить интеллектуальную собственность при совместном использовании моделей с другими компаниями. Такая гибкость при совместном использовании моделей позволяет эффективно использовать лицензии на программное обеспечение и улучшить взаимодействие между участниками проекта. 

    Связанные вебинары:

    Связанные видео: