Passaggi essenziali per la costruzione di un modello fisico
R2026bPanoramica del workflow
La tabella elenca i passaggi principali essenziali per la creazione e la simulazione di un modello fisico, nonché gli argomenti di documentazione relativi che forniscono informazioni di base su ogni passaggio. Segue la descrizione dettagliata dei passaggi.
Il grafico illustra i passaggi principali del workflow applicati al modello di esempio Massa-molla-smorzatore con controller. Le descrizioni sottostanti dei passaggi includono istruzioni dettagliate su come creare questo modello.
Passaggio 1: Creare un nuovo modello utilizzando sscnew
Utilizzare sscnew è il modo migliore per iniziare a costruire modelli Simscape™ poiché assicura che si stiano utilizzando le impostazioni predefinite consigliate per il proprio modello. Quando si utilizza sscnew, automaticamente:
Viene creato un nuovo modello Simscape con i blocchi richiesti e comunemente già in uso sul model canvas
Viene selezionato il risolutore consigliato e le impostazioni di tolleranza
Viene abilitata la registrazione dei dati per l’intero modello
Nella finestra dei comandi di MATLAB® digitare:
sscnew
Il nuovo modello senza titolo, con risolutore predefinito impostato su VariableStepAuto, contiene un blocco Solver Configuration, un blocco Simulink-PS Converter e un blocco PS-Simulink Converter collegati a un blocco Scope.
La sezione risorse, nella parte inferiore della finestra del modello, fornisce i link alle librerie di blocchi pertinenti e agli argomenti della documentazione.
Passaggio 2: Costruire la rete fisica
Per modellare il sistema aggiungere i blocchi dalle librerie Simscape a un modello, quindi collegarli a una rete fisica. Le linee che collegano i blocchi nello schema che avete creato rappresentano le connessioni fisiche esistenti tra i componenti in un sistema reale che state modellando. In altre parole, i diagrammi Simscape imitano il layout del sistema fisico.
Quando si costruisce un proprio network, è importante includere blocchi di riferimento specifici del dominio, come Electrical Reference, Mechanical Translational Reference e così di seguito. A seconda del dominio, questi blocchi rappresentano la connessione a terra, il frame o l’atmosfera. Per ulteriori informazioni, consultare Grounding Rules.
Aprire la libreria Simscape > libreria Foundation > Mechanical > Translational Elements.
Trascinare i blocchi Mass, Translational Spring, Translational Damper e Mechanical Translational Reference nella finestra del modello.
Collegare i blocchi Translational Spring, Translational Damper e Mass al blocco Mechanical Translational Reference, come mostrato nell’illustrazione successiva. Per ruotare un blocco, selezionarlo e premere Ctrl+R.
Per regolare la presentazione visiva del modello, abbreviare i nomi dei blocchi Spring e Damper come mostrato. Per visualizzare il nome del blocco Mass insieme a Spring e Damper, selezionare il blocco Mass e, nella barra degli strumenti, selezionare Simscape Block > Auto Name > Name On.
Passaggio 3: Regolare i parametri del blocco e i target variabili
I blocchi Simscape rappresentano componenti generici i cui valori iniziali dei parametri di blocco e delle variabili sono predefiniti. È possibile modificare tali valori per adattarli alla propria applicazione o adattarli alla scheda tecnica del produttore.
Per visualizzare e modificare i valori dei parametri del blocco e i target di inizializzazione per le variabili del blocco, fare doppio clic sul blocco per aprire la finestra di dialogo relativa. Usare la scheda Settings.
Per la maggior parte dei blocchi Simscape, la finestra di dialogo del blocco contiene le stesse informazioni e ha lo stesso layout del Controllo proprietà del blocco. Per impostazione predefinita, modificando un valore nel Controllo proprietà, il nuovo valore viene applicato immediatamente. Per un migliore controllo, si consiglia di deselezionare la casella di spunta Auto Apply nell’angolo superiore destro della finestra di dialogo del blocco, per abilitare i pulsanti Reset e Apply. Questa opzione è particolarmente utile quando si lavora con blocchi complessi in cui si modificano più parametri contemporaneamente. Modificare i valore dei parametri affinché corrispondano alla scheda tecnica del produttore, controllare l’intera impostazione e fare clic su Apply. La disattivazione della casella di spunta Auto Apply persiste per tutta la durata della sessione MATLAB.
Per visualizzare la descrizione di un blocco, fare clic sulla scheda Description nella finestra di dialogo del blocco. Questa scheda contiene anche il link al Source code. Fare clic su questo link per aprire il file sorgente Simscape per questo blocco nell’editor MATLAB.
Se un blocco non ha parametri o target variabili che possano essere impostati, la scheda Settings non sarà presente nella finestra di dialogo relativa ma sarà presente solo la scheda Description.
Per visualizzare la documentazione di un blocco, fare clic sul pulsante Punto interrogativo 
nell’angolo superiore destro della finestra di dialogo del blocco.
In questo modello, regoleremo i parametri che controllano la massa, la rigidità della molla e il coefficiente di smorzamento. Dovremo inoltre specificare la velocità iniziale della massa regolando il rispettivo target variabile.
Fare doppio clic sul blocco Spring. Deselezionare la casella di spunta Auto Apply. Impostare la Spring rate su
400 N/me fare clic su Apply.
Fare doppio clic sul blocco Damper. Impostare il Damping coefficient su
100 N/(m/s).
Fare doppio clic sul blocco Mass. Impostare la Mass su
3.6 kg.
Per specificare il valore iniziale desiderato di velocità della massa, espandere la Velocity nella sezione Initial Targets. La Priority della variabile è già specificata come
High; pertanto, il risolutore cercherà di soddisfare esattamente questo valore iniziale quando calcola le condizioni iniziali per determinare il punto di partenza della simulazione. Selezionare la casella di spunta Velocity. Digitare10nel campo Value, quindi fare clic su Apply.
Passaggio 4: Aggiungere sorgenti
È possibile far funzionare i modelli Simscape utilizzando segnali di input. Questa tecnica consente di rappresentare gli effetti fisici, quali forze, tensioni o pressioni, che agiscono sul sistema. È anche possibile specificare altre grandezze che scorrono nel sistema, quali la corrente, la portata massica e il flusso di calore. Le connessioni ai segnali di input della propria rete fisica vengono aggiunte utilizzando i blocchi sorgente Simscape.
Per aggiungere la rappresentazione della forza che agisce sulla massa, utilizzare il blocco Ideal Force Source.
Aprire la libreria Simscape > libreria Foundation > Mechanical > Mechanical Sources.
Aggiungere il blocco Ideal Force Source al proprio diagramma. Abbreviare il nome del blocco come mostrato.
Capovolgere l’orientamento del blocco per riflettere la corretta direzione della forza mostrata nello schema originale. Con il blocco Force Source selezionato nella scheda Format della Toolstrip di Simulink®, in Arrange, fare clic su Flip up-down.
Copiare il blocco Mechanical Translational Reference facendo clic con il tasto destro del mouse e trascinandolo in una nuova posizione. Quindi, capovolgere l’orientamento del nuovo blocco utilizzando la stessa tecnica utilizzata per il blocco Force Source.
Collegare la porta C del blocco Force Source a questo secondo blocco Mechanical Translational Reference e la porta R al blocco Mass, come mostrato di seguito.
Il segnale di input per il profilo di forza verrà fornito attraverso la porta S, dopo aver collegato la propria rete fisica a una sorgente Simulink (vedere Passaggio 6: Connettersi a Simulink con blocchi di interfaccia). Un segnale positivo alla porta S specificherà una forza che agisce dalla porta C alla porta R.
Passaggio 5: Aggiungere sensori
È possibile misurare le grandezze della propria rete fisica e utilizzarle in altre posizioni del modello. Alcuni utilizzi comuni di tali grandezze includono il feedback per il controllo dell’algoritmo, la modellazione di componenti fisici il cui comportamento dipende da altre grandezze fisiche (come il resistore dipendente dalla temperatura) o, semplicemente, la visualizzazione dei risultati durante la simulazione.
Le grandezze vengono misurate utilizzando blocchi sensore, collegati in serie o in parallelo a seconda del valore misurato. Collegare il sensore in serie per misurare le grandezze definite da una variabile Through (come corrente, portata, forza). Collegare il sensore in parallelo per misurare le grandezze definite da una variabile Across (come tensione, pressione, velocità). Per ulteriori informazioni sulle variabili Through e Across, consultare Variable Types.
Per misurare la deformazione di una molla, collegare un blocco Ideal Translational Motion Sensor in parallelo con la molla.
Aprire la libreria Simscape > libreria Foundation > Mechanical > Mechanical Sensors.
Aggiungere il blocco Ideal Translational Motion Sensor al proprio diagramma.
Per ruotare il blocco, selezionarlo e premere Ctrl+R.
Collegare il blocco come mostrato nell’illustrazione successiva. Abbreviare il nome del blocco come mostrato.
Passaggio 6: Connettersi a Simulink con blocchi di interfaccia
Le equazioni in una rete Simscape vengono risolte simultaneamente, mentre i blocchi Simulink vengono valutati sequenzialmente. I blocchi di interfaccia, come Simulink-PS Converter e PS-Simulink Converter, gestiscono il confine tra queste due convenzioni di modellazione. I blocchi di interfaccia sono necessari quando i segnali Simulink specificano grandezze in una rete Simscape o quando grandezze Simscape sono passate a Simulink per il controllo di progettazione o altri scopi. Ogni volta che si collega un blocco Simulink a una rete fisica Simscape, è necessario utilizzare un appropriato blocco convertitore.
Ora collegheremo la rete fisica a un controller costruito con normali blocchi Simulink. Prima di tutto, preparare la rete fisica da collegare ai segnali Simulink:
Cancellare il blocco Scope.
Sebbene si possano utilizzare gli ambiti per visualizzare i risultati della simulazione, il loro utilizzo crea una mancanza di ordine nel diagramma a blocchi. Un modo più efficiente per visualizzare e analizzare i risultati della simulazione consiste nell’utilizzare Simscape Results Explorer, come descritto nel Passaggio 8: Visualizzare i risultati di simulazione.
Collegare la porta di output del segnale fisico del blocco Simulink-PS Converter alla porta S del blocco Force Source.
Collegare la porta di uscita P del blocco Motion Sensor alla porta di ingresso del segnale fisico del blocco PS-Simulink Converter.
Collegare il blocco Solver Configuration al circuito e nascondere i nomi dei blocchi convertitori. A questo punto, il diagramma assomiglia a quello riportato qui sotto.
Quindi, costruire e collegare il controller:
Aprire la libreria Simulink > Sources e trascinare il blocco Pulse Generator nel modello. Modificare il nome del blocco in Position Command. Impostare i parametri del blocco come mostrato.
Aprire la libreria Simulink > Sources e trascinare il blocco Sum nel modello. Nel List of signs, sostituire il secondo segno più con il segno meno, come mostrato.
Aprire la libreria Simulink > Continuous e trascinare il blocco PID Controller nel modello. Impostare i valori di Proportional (P), Integral (I) e Derivative (D) come mostrato.
Collegare i blocchi come mostrato nel diagramma seguente.
Il segnale di controllo Simulink va alla porta di ingresso del blocco Simulink-PS Converter, dove viene convertito in un segnale fisico che guida il profilo di forza del blocco Ideal Force Source.
La porta di uscita P del blocco Ideal Translational Motion Sensor che misura la deformazione della molla, si collega al blocco PS-Simulink Converter. Questo blocco converte il segnale fisico in un segnale Simulink di feedback per il controller.
Per confrontare i segnali di ingresso con i segnali di feedback, collegarli a un visualizzatore di segnali:
Fare clic con il tasto destro del mouse sul segnale Simulink che va dal blocco Pulse Generator al blocco Sum. Dal menu contestuale, selezionare il pulsante Add Viewer (Aggiungi visualizzazione)
.Quindi, fare clic con il tasto destro del mouse sul segnale Simulink che va dal blocco PS-Simulink Converter al blocco Sum. Dal menu contestuale, selezionare il pulsante Add Viewer (Aggiungi visualizzazione)
.
Passaggio 7: Simulare il modello
Le simulazioni possono essere eseguite facendo clic sul pulsante Esegui 
nella Toolstrip di Simulink (nella parte superiore della finestra del modello) o nella barra degli strumenti di un Visualizzatore di aree. Il risolutore Simscape valuta il modello, calcola le condizioni iniziali ed esegue la simulazione. Per una descrizione dettagliata del processo, consultare How Simscape Simulation Works. Il messaggio nell'angolo inferiore sinistro della finestra del modello fornisce l'aggiornamento sullo stato.
Per eseguire la simulazione, fare clic su nella Toolstrip di Simulink.
Il Visualizzatore di aree mostra grafici sovrapposti degli segnali di input e di feedback.
Passaggio 8: Visualizzare i risultati di simulazione
Il Simscape Results Explorer consente di visualizzare e analizzare dati di simulazione utilizzando la funzionalità di registrazione dei dati. Ad esempio, è possibile confrontare due esecuzioni di simulazione per analizzare come la modifica della massa influisca sulla deformazione della molla.
Selezionare il blocco Spring.
Nella barra degli strumenti del modello, selezionare Simscape Block > Results Explorer.
Si apre la finestra Simscape Results Explorer con il nodo corrispondente al blocco Spring evidenziato nel riquadro a sinistra. Il riquadro a destra mostra i grafici dei dati di simulazione delle tre variabili associate al blocco.
Sotto il nodo
Spring, selezionare il nodox. Il riquadro a destra mostra i dati di deformazione della molla tracciati nel tempo.
Fare doppio clic sul blocco Mass. Impostare la Mass su
7.2 kg.Eseguire nuovamente la simulazione.
Per caricare nuovamente i dati registrati, fare clic sul pulsante Import Data nella barra degli strumenti della finestra Simscape Results Explorer. Nella finestra di pop-up che mostra il nome della variabile di registro, fare clic su OK.
Note
Affinché i dati vengano ricaricati automaticamente dopo l’esecuzione di ogni simulazione, selezionare la casella di spunta Open viewer after simulation nel riquadro Simscape nella finestra di dialogo Parametri di configurazione.
Per analizzare i risultati di simulazione affiancati in due finestre separate di Simscape Results Explorer, fare clic sul pulsante Linked dopo la prima simulazione per scollegare la prima finestra di explorer. Per ulteriori informazioni, consultare Simscape Results Explorer.
Vedi anche
sscnew | Simscape
Results Explorer
