Simscape

주요 특징

  • 기계, 전기, 유압, 열 및 기타 멀티도메인 피지컬 시스템의 모델링 및 시뮬레이션을 위한 단일 환경
  • 사용자 정의 구성요소 개발을 위한 피지컬 모델링 블록 및 수학적 요소 라이브러리
  • 피지컬 모델링 구성요소, 도메인 및 라이브러리의 텍스트 기반 작성을 지원하는 MATLAB 기반 Simscape 언어
  • 모든 단위 변환이 자동 처리되는 매개변수 및 변수에 대한 물리적 단위
  • 관련 피지컬 모델링 제품을 구입하지 않고 그 블록을 포함하는 모델을 시뮬레이션할 수 있는 기능
  • C 코드 생성 지원

DC모터 모델링 5:01
이 모델은,전기 및 기계적인 physical modeling 요소를 사용하여 구성됩니다.

Simscape는 시스템 수준 성능 최적화와 제어 설계를 위한 플랜트 모델 제작에 사용됩니다. 제작한 모델은 hardware-in-the-loop 시뮬레이션을 포함한 전체 개발 프로세스를 지원합니다.

Simscape - servo-valve
노란색으로 강조 표시된 플래퍼 노즐 증폭기를 사용하는 전기 유압식 서보 밸브의 단면도(오른쪽). 연관된 Simscape 모델(왼쪽)에서 같은 색상으로 블록과 화살표가 서로 연관되는데, 이는 일반적인 유압 흐름 경로를 나타냅니다.

피지컬 시스템 모델링

Simscape를 사용하여 피지컬 시스템을 조립하는 것과 같이 시스템의 모델을 설계할 수 있습니다. Simscape는 모델 구축을 위해 비인과론적 모델링이라고도 하는 물리 네트워크 접근방법을 사용합니다. 펌프, 모터, op-amp와 같은 물리적 요소에 대응하는 구성요소(블록)은 전력을 전송하는 물리적 연결에 대응하는 선에 의해 결합됩니다. 이 접근방법을 통해 시스템의 기초 수학보다는 물리적 구조를 설명할 수 있습니다. Simscape는 도식과 매우 유사한 모델로부터 시스템 동작을 규정하는 DAE(differential algebraic equation)를 자동 구성합니다. 이러한 방정식은 나머지 Simulink 모델과 통합되고 DAE는 직접 해결됩니다. 다른 피지컬 도메인에 있는 구성요소에 대한 변수가 동시에 해결되며 algebraic loop를 포함한 문제를 방지합니다.

구성요소 라이브러리

Simscape를 통해 기본 라이브러리에 포함된 기본 요소를 사용하여 사용자 정의 구성요소의 모델을 생성할 수 있습니다.

기계 구성요소 모델링

Simscape는 1차원적 병진과 회전 운동을 표현하기 위한 기계 요소 블록을 제공합니다. 질량, 스프링 및 댐퍼와 같은 기본 요소뿐 아니라 유격 및 마찰과 같은 비선형 효과도 포함되어 있습니다. SimMechanics™, SimDriveline™의 인터페이스 블록을 통해 Simscape과 연결하여 사용할 수 있습니다.

전기 구성요소 모델링

Simscape는 전기 구성 요소 및 회로를 표현하기 위한 전기 요소 블록을 제공합니다. 저항기, 커패시터 및 인덕터와 같은 기초 요소뿐 아니라 op-amp 및 변압기와 같은 보다 복잡한 요소도 포함되어 있습니다. 더욱 정교한 전자 및 전자 기계 요소는 SimElectronics™ 에서 이용할 수 있습니다.

DC모터 모델링 5:01
이 모델은,전기 및 기계적인 physical modeling 요소를 사용하여 구성됩니다.

유압 구성요소 모델링

Simscape는 기초적인 유압 효과를 모델링하고 서로 결합하여 더욱 복잡한 유압 구성요소를 만들 수 있는 유압 요소 블록을 제공합니다. 이러한 블록은 유체 압축성, 유체 관성, 기계 마찰, 에너지 변환 및 기본적인 고정 및 가변 orifice에서의 유량과 같은 기초적인 물리 효과에 대한 압력/흐름 관계를 정의합니다. 유체 속성을 입력하여 유체를 정의할 수 있습니다. 더욱 정교한 유압 구성요소는 SimHydraulics®에서 이용할 수 있습니다.

방향 유압 벨브 및 유압 실린더 모델링 3:41
이 모델은, 유압식 및 기계식 physical modeling 빌딩 블록을 사용하여 구성됩니다.

열 효과 모델링

Simscape는 시스템의 열 효과 모델링 및 시뮬레이션을 위한 열 요소 블록을 제공합니다. 전도, 대류 및 복사 열 전달은 물론 요소의 열 질량도 모델링할 수 있습니다. 열 소스 블록을 사용하여 온도 또는 열 전달을 지정할 수 있습니다. 열 센서 블록을 사용하여 열 전달의 양이나 온도 변화를 측정할 수 있습니다.

프로젝터에서 열 전달 모델링 8:00
이 모델은, 열 physical modeling 컴포넌트를 사용하여 구성됩니다.

물리적 신호 작업

Simscape를 사용하면 모델에 물리적 신호와 여기에 연결된 단위를 포함시킬 수 있습니다. 블록 대화 상자에 단위와 매개변수 값을 지정하면 Simscape가 피지컬 네트워크를 계산할 때 필요한 단위 변환 작업을 수행합니다. 물리적 신호 블록 라이브러리를 통해 물리적 신호에 대한 수학 연산을 수행하고 피지컬 네트워크 안에 방정식을 시각적으로 입력할 수 있습니다. 물리적 신호 포트는 Simscape 블록 다이어그램에서 연산 속도를 높일 수 있도록 물리적 신호와 피지컬 시스템의 통합 수준을 높이는 데 사용됩니다.

이러한 기초 라이브러리의 요소를 사용하여 서로 다른 피지컬 도메인에 걸친 더욱 복잡한 구성요소를 만들 수 있습니다. Simulink에서와 마찬가지로 이러한 블록 어셈블리를 서브시스템으로 그룹화하고 매개변수화하여 재사용하거나 공유할 수 있습니다.

Simscape의 센서 블록을 사용하여 기계(힘/토크, 속도), 유압(압력, 유속) 또는 전기(전압, 전류) 변수와 같은 다양한 물리적 양에 대한 값을 측정하고 이러한 신호를 표준 Simulink 블록으로 전달할 수 있습니다. 소스 블록은 Simulink 신호가 이러한 모든 변수로 값을 할당할 수 있게 합니다. 센서 및 소스 블록은 Simulink에서 개발한 제어 알고리즘을 Simscape 네트워크로 연결할 수 있게 해줍니다.

Simscape - libraries
사용자 정의 구성요소 모델 제작을 위한 Simscape의 전기, 기계, 유압 및 열 요소 블록 라이브러리

Simscape 언어

Simscape 언어를 통해 새로운 피지컬 도메인을 추가하고 자체적인 피지컬 모델링 구성요소와 라이브러리를 만들 수 있습니다. 이는 엔지니어들에게 널리 알려진 MATLAB 프로그래밍 언어를 바탕으로 합니다. 이러한 객체 지향 모델링 언어를 사용하여 비인과적 implicit DAE로서 표현되는 매개변수화, 물리적 연결 및 방정식을 모두 포함하는 사용자 정의 구성요소를 정의할 수 있습니다. 또한 MATLAB을 사용하여 매개변수 값을 분석하고 예비 연산을 수행하며 시스템 변수를 초기화할 수 있습니다. 구성요소를 위한 Simulink 블록과 대화 상자는 Simscape 파일에서 자동으로 생성됩니다.

Simscape Language: Electronic Example 3:18
Model custom electronic components using the Simscape™ language. Define a resistor whose behavior varies with temperature.

제작한 구성요소는 Simscape와 함께 제공된 피지컬 도메인 정의를 재사용하여 구성요소가 표준 Simscape 구성요소와 호환되도록 할 수 있습니다. 피지컬 도메인을 직접 추가할 수도 있습니다. Simscape 구성요소 및 도메인에 대한 Simulink 라이브러리를 자동으로 구축 및 관리하고, 이 모델을 조직 전체에서 공유하도록 할 수 있습니다. 사용자 정의 구성요소를 포함한 Simulink 모델로부터 C 코드를 생성할 수도 있습니다.

Simscape Language를 사용하여 사용자 지정 유압 구성요소 모델링 3:38
고정된 유압 오리피스 모델은 MATLAB® 기반의 physical modelling 언어를 사용하여 작성됩니다.

Simscape 언어를 사용하여 물리적 구성요소에서 어떤 효과가 캡처되는지 정확히 제어할 수 있습니다. 이 접근방법을 통해 모델 충실도와 시뮬레이션 속도간 상반관계의 균형을 이룰 수 있습니다.

Simscape - ultracapacitor
Simscape 언어를 사용하면 손실 없이 울트라커패시터의 맞춤형 모델을 생성할 수 있습니다. 표시된 방정식(맨 아래)이 Simscape 언어로 구현되어 있습니다(왼쪽). Simulink 블록(맨 위 오른쪽)과 대화 상자(중앙)이 Simscape 파일로부터 자동으로 생성됩니다.

Simscape Editing Modes를 사용한 모델 공유

Simscape Editing Modes는 Simscape와 애드온 제품을 사용하여 피지컬 모델링과 시뮬레이션을 수행할 수 있게 합니다. 애드온 제품은 SimDriveline, SimElectronics, SimHydraulics, SimMechanics 및 SimPowerSystems입니다. 애드온 제품이 시스템에 설치되어 있는 한 Simscape 라이센스만으로도 애드온 제품의 특정 블록을 포함하는 모델을 열고, 시뮬레이션하고 매개변수를 조정하며 저장할 수 있습니다. 추가 라이센스 구입 없이 조직 전체에서 모델을 공유할 수 있습니다.

Simscape에서 제한된 모드로 작업하기에 대해 자세히 알아보십시오.

Sharing Models Using Simscape Editing Mode 3:31
Share models without requiring licenses for Simscape™ add-on libraries. Open models in Restricted Mode and perform tasks such as simulation, parameter tests, and code generation.

C 코드로 Simscape 모델 변환

Simscape를 사용한 모델을 C 코드로 변환할 수 있어 Simulink의 액셀러레이터 모드를 사용하여 시뮬레이션 시간을 단축할 수 있습니다. 또한 Simulink Coder™를 사용하여 Simscape 모델을 C 코드로 바꾸어 다음을 수행할 수 있습니다.

  • 모델을 실시간으로 실행할 수 있어 HIL 테스트를 수행할 수 있습니다.
  • 모델을 다른 시뮬레이션 환경으로 통합할 수 있습니다.
  • 독립형 시뮬레이션을 작성하기 위해 Simscape 모델을 컴파일하여 매개변수 스터디 및 Monte Carlo 시뮬레이션과 같은 분석을 가속화할 수 있습니다.

C 코드로 Simscape 모델 변환 4:38
독립 실행형 파일을 만들어 매개변수 값이 변하는 시뮬레이션 세트를 가속화합니다.

모델을 실시간으로 실행되도록 구성하면 값비싼 프로토타입이 아닌 hardware-in-the-loop 테스트를 사용하여 시스템을 테스트할 수 있습니다. 개발 과정 초기에 오류를 발견하여 비용을 줄이고 설계 주기를 단축할 수 있습니다.

하드웨어 프로토타입 대신 HIL 테스팅을 사용하여 제어 알고리즘 테스트 5:21
MathWorks physical modeling 제품의 블록을 통합한 Simulink® 모델은 C 코드로 변환되고 Bachmann electronic M1 하드웨어 컨트롤러로 다운로드됩니다.

MATLAB와 Simulink 통합

Simscape는 피지컬 시스템 모델링을 위한 확장된 기능을 제공합니다. 물리적 연결을 사용하여 피지컬 플랜트 모델을 구성하고, 이를 Simulink의 신호(signal flow)를 사용하여 제어 시스템 모델에 직접 연결할 수 있습니다. Simscape 모델을 다른 MathWorks 응용 프로그램 전용 및 도메인 전용 피지컬 모델링 도구에 직접 연결할 수도 있어 멀티도메인 피지컬 시스템의 복잡한 상호작용을 모델링할 수 있습니다.

기계, 유압, 전자 및 제어 시스템을 전체 시스템 모델에 통합 5:49
이 방법을 사용하여 엔지니어가 독립적으로 시스템을 테스트하고 전체 시스템 성능을 테스트할 수 있습니다.

MATLAB을 사용하여 모델을 매개변수화 하고 시뮬레이션 테스트를 자동화하고 출력 데이터를 분석하고 시스템 성능을 최적화할 수 있습니다. 결과적으로, MATLAB 및 Simulink 환경에서 전체 시스템(멀티도메인을 위한 피지컬 플랜트와 컨트롤러)을 테스트할 수 있습니다.

Simscape - rectifier
120V AC를 12V DC로 변환하는 전파 브리지 정류기를 나타내는 Simscape 모델(위) 이 모델은 특정 부하에 대한 커패시터의 용량 결정에 사용할 수 있습니다. 그래프(하단)는 DC 전압의 리플을 나타냅니다.

Simscape 평가판 사용

평가판 신청

SimPowerSystems를 이용한 파워 일렉트로닉스 시스템 설계

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