Simscape


주요 특징

  • Simulink®의 제어 알고리즘을 통해 멀티 도메인 물리적 시스템을 시뮬레이션하기 위한 단일 환경입니다.
  • 기계, 전기, 유압 및 2상 유체를 포함하는 10가지 이상의 물리적 도메인을 아우르는 물리적인 모델링 블록
  • 물리 모델링 구성요소, 도메인 및 라이브러리의 텍스트 기반 작성을 지원하는 MATLAB® 기반 Simscape™ 언어
  • 이벤트 처리를 포함하는 DAE(Differential Algebraic Equation) 시스템을 위한 방정식 축소 및 솔버 기술
  • 실시간 시뮬레이션 및 HIL(hardware-in-the-loop) 테스트를 위한 전문 솔버 기술
  • 모든 단위 변환이 자동 처리되는 매개변수 및 변수에 대한 물리적 단위
  • Simscape 애드온 제품을 구매하지 않고 그 블록을 사용하는 모델을 시뮬레이션할 수 있는 기능
  • C 코드 생성 지원(Simulink Coder™ 사용)

멀티 도메인 도식

Simscape™ 제품은 물리적 시스템의 수학적 모델을 구성하기 위한 자연스럽고 효율적인 메서드를 제공합니다. 이 제품을 사용하면 물리적 연결을 바탕으로 멀티 도메인 도식을 작성함으로써 시스템 수준 방정식을 유도하고 구현하지 않고도 시스템 설계를 변형할 수 있습니다.

멀티 도메인 도식

물리적 연결을 통한 모델링

Simscape 컴포넌트는 펌프, 모터op-amp 등의 물리적 요소를 나타냅니다. 이러한 컴포넌트를 연결하는 모델의 라인은 전력을 전송하는 실제 시스템의 물리적 연결에 해당합니다. 이 접근방법을 통해 시스템의 기초 수학보다는 물리적 구조를 설명할 수 있습니다. 전기, 기계, 유압 및 기타 물리적 연결은 멀티 도메인 도식에서 라인으로 표현되며 그 색상은 물리적 도메인을 나타냅니다. 모델에 어떤 시스템이 있고 시스템이 서로 어떻게 연결되어 있는지 한눈에 확인할 수 있습니다.

Simscape를 통해 선박 에너지 최적화를 수행한 ABB, Deltamarin 및 VTT  (User Story) Engineers reduced testing costs by tens of thousands of euros, optimized multiple subsystems within the ship, decreased fuel use, and improved energy recapture.

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Simscape 제품군

Simscape 제품군은 광범위한 앱을 포함하는 6개의 제품으로 구성됩니다. 멀티 도메인의 물리적 시스템을 모델링하기 위해 Simscape 애드온 제품의 세트를 Simscape 플랫폼과 결합할 수 있습니다. 애드온 제품에는 더 많은 고급 블록 및 분석 메서드가 포함됩니다.

Simscape 제품군.
Simulink 라이브러리 브라우저(왼쪽)에서 확인할 수 있는 Simscape 제품입니다. 이러한 제품은 수백 가지의 컴포넌트(오른쪽 상단의 예제)를 비롯해 Simscape Multibody(오른쪽 아래)의 3차원 애니메이션을 포함한 고급 분석 툴을 제공합니다.

모델 작성

컴포넌트를 도식에 조합하여 Simscape 모델을 작성합니다. 다수의 컴포넌트 모델이 제공되며 이를 사용자 정의하여 자체적인 블록 라이브러리를 생성할 수 있습니다. 또한 MATLABSimulink 기능을 사용해 다수의 모델 구성 작업을 자동화할 수 있습니다.

모델 작성

Foundation Library

Simscape는 10가지 이상의 서로 다른 물리적 도메인을 아우르는 컴포넌트 라이브러리를 제공합니다. 각 도메인에는 기계 스프링, 전기 저항기, 유압 오리피스, 공압 챔버유체 저장소 등의 기본 요소가 제공됩니다. 여러 물리적 도메인을 아우르는 기타 컴포넌트를 비롯해 전기 모터유압 밸브 등의 더욱 복잡한 컴포넌트를 모델링하기 위해 이러한 요소를 결합할 수 있습니다.

Simscape를 사용하여 다중 축 추수기를 모델링하는 Vintecc  (User Story) Vintecc verified 90% of its control system design before hardware was available, shortened its development schedule by months, and implemented new features within days.

Simscape Foundation Library
Simulink 라이브러리 브라우저(왼쪽)에 표현된 Simscape Foundation Library입니다. 이는 다양한 도메인(오른쪽 예제 블록)에 수백 가지의 컴포넌트를 제공합니다.

모델링 편집기

Simulink 모델링 편집기는 모델을 효율적으로 구성하는 데 유용합니다. 컴포넌트 이름을 입력해 수백 가지에 달하는 제공된 컴포넌트를 탐색할 수 있습니다. 편집기는 마지막으로 연결한 물리적 도메인에 대한 특정 컴포넌트 목록을 제시합니다. 기타 기능을 활용하면 모델 구성을 위해 필요한 클릭 및 드래깅 횟수를 줄일 수 있습니다.

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모델링 작업 자동화

MATLAB을 함수를 사용하여 모델의 구성 및 매개 변수화를 자동화할 수 있습니다. 프로그램적으로 블록 추가, 컴포넌트 추가라인 또는 블록 삭제를 수행할 수 있습니다. 또한 MATLAB 함수를 사용해 해당 블록의 특성을 바탕으로 다이어그램에 블록을 위치시키거나 매개변수의 값을 설정할 수 있습니다. 이러한 기능을 통해 복잡한 모델을 구성하고 파라미터 값을 조절하고 수초 이내에 컴포넌트를 구성할 수 있습니다.

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컴포넌트 생성

Simscape 제품이 제공하는 광범위한 라이브러리는 사용자 정의 컴포넌트를 생성하는 데 도움이 되도록 특별히 설계되었습니다. 시스템의 정확한 설계에 부합하며 수행하려는 분석에 대해 적합한 정도의 완성도만을 캡처하는 컴포넌트를 생성할 수 있습니다.

컴포넌트 생성

재사용 가능한 어셈블리

Simscape 컴포넌트 세트를 도식에 조합한 후 해당 도식을 물리적 연결을 통해 서브시스템에 배치할 수 있습니다. 물리적 연결을 이용해 사용자 정의 컴포넌트를 위한 분명하고 일관적인 인터페이스를 정의할 수 있으므로 다른 모델에서도 이를 재사용할 수 있습니다. 대화 상자와 MATLAB 도움말 브라우저에 통합된 사용자 정의 문서에 대한 직접 링크를 통해 이 컴포넌트 사용자에게 핵심 파라미터에 대한 액세스를 제공할 수 있습니다. 재사용이 용이해짐에 따라 엔지니어링 팀’의 효율성이 증대될 수 있습니다.

Simscape를 사용해 하이브리드 Hydrostatic 파워트레인을 최적화하는 FMTC  (User Story) FMTC engineers reduced fuel use by 25%, shortened analysis time by 75%, and reduced total cost of ownership by 15%.

Foundation Library 블록에서 구성된 매개 변수화된 구성요소입니다.
Foundation Library 블록(아래쪽)에서 구성된 매개 변수화된 구성요소(위쪽)입니다. 사용자는 대화 상자(오른쪽 위)에서 핵심 파라미터를 편집할 수 있습니다.

Simscape 언어

모든 Simscape 컴포넌트는 Simscape 언어를 사용하도록 정의되었으며 이는 MATLAB 프로그래밍 언어를 바탕으로 합니다. 이러한 객체 지향 모델링 언어를 사용하여 implicit DAE로서 표현되는 매개 변수화, 물리적 연결 및 방정식을 모두 포함하는 자체적인 사용자 정의 구성요소를 정의할 수 있습니다. Simscape 언어를 사용하여 모델에서 어떤 효과가 캡처되는지 정확히 제어할 수 있습니다. 이를 통해 모델 완성도와 시뮬레이션 속도 간 상반관계의 균형을 이룰 수 있습니다.

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모델 시뮬레이션

Simscape 시뮬레이션 기술을 사용하면 다양한 엔지니어링 작업에서 시뮬레이션을 활용할 수 있습니다. 예를 들어 개발 주기 초기에 요구 사항을 개선하고 시스템 수준 설계를 최적화하고 하드웨어 프로토타입 없이 임베디드 컨트롤러를 테스트하기 위해 Simscape 모델을 사용할 수 있습니다. Simscape를 사용하면 전체 개발 프로세스에 걸쳐 효율성을 향상시킬 수 있습니다.

모델 시뮬레이션

방정식 축소 및 솔버 기술

전체 물리적 시스템에 대한 방정식을 자동으로 공식화하기 위해 Simscape를 활용할 수 있습니다. 도식을 구문 분석한 후 Simscape는 기호 처리 및 인덱스 감소를 사용해 시스템을 가장 효율적으로 표현하는 수학적 공식을 식별합니다. 특수화된 시뮬레이션 기술이 모델의 나머지 부분과 더불어 직접 DAE를 해결합니다.

SIL 및 MIL 테스트를 위해 Simscape에서 엔진 모델을 개발하는 Toyota  (User Story) Toyota created a comprehensive model with thousands of equations, tested the controller under challenging edge cases, and verified control software before in-vehicle testing.


실시간 시뮬레이션

Simscape는 실시간으로 시뮬레이션을 실행할 수 있도록 특수화된 시뮬레이션 기술을 사용합니다. 필요한 정확성을 유지하면서 시간 단계당 컴퓨팅의 양의 제한하기 위해 양해적(Explicit) 및 음해적(Implicit) 솔버를 모두 구성할 수 있습니다. 실행 시간을 최소화하기 위해 동일한 모델의 서로 다른 부분에 대해 상이한 솔버를 사용할 수 있습니다. 이러한 기능을 이용하면 시뮬레이션 실행이 실시간 시스템과 동기화되어야 하는 HIL 테스트, 교육 시뮬레이터 및 기타 시뮬레이션에 Simscape 모델을 사용할 수 있습니다.


MATLAB 지원 기능

강력한 MATLAB 기능을 이용하면 Simscape 시뮬레이션을 통해 까다로운 문제를 효율적으로 해결할 수 있습니다. 모든 시뮬레이션 작업은 MATLAB 코드를 사용해 자동화될 수 있습니다. 최적화 알고리즘을 이용하면 설계에 가장 적합한 파라미터 또는 컴포넌트 세트를 빠르게 식별할 수 있습니다. 최적화 및 파라미터 스윕을 시뮬레이션을 여러 코어나 컴퓨팅 클러스터에서 병렬로 실행함으로써 가속화될 수 있습니다.


결과 분석

Simscape 분석 기능을 이용하면 설계를 빠르게 검토하여 그 성능을 개선할 수 있습니다. Simscape 모델에 작업에 대한 적절한 분량의 세부 사항만 포함되도록 보장하기 위해 이러한 기능을 사용할 수 있습니다.

Analyzing_Results

시뮬레이션 결과 탐색

Simscape Results Explorer를 사용하면 변숫 값 및 이벤트 시점을 포함함 Simscape 모델의 시뮬레이션 결과를 빠르게 탐색할 수 있습니다. 관찰되는 동작의 원인을 조사하기 위해 결과 플롯에서부터 모델(블록 및 개별 방정식)까지를 직접 탐색할 수 있습니다. MATLAB 코드를 사용하면 시간 기반, 주파수 기반, 이벤트 기반 분석을 포함한 모든 분석을 자동화할 수 있습니다.

Simscape를 사용해 파동 에너지 발전 시설을 설계하는 Carnegie Energy  (User Story) Engineers used simulation to estimate components’ loads, gained crucial insights into system behavior, and accelerated sensitivity studies via parallel computing.

Simscape 모델에서 모든 시뮬레이션 결과를 탐색하기 위한 Simscape Results Explorer.
Simscape 모델(왼쪽)에서 모든 시뮬레이션 결과를 탐색하기 위한 Simscape Results Explorer(오른쪽). 도식 및 시뮬레이션 결과 사이를 전환하며 탐색할 수 있습니다.

모델 복잡도 측정

모델에서 컴퓨팅 집약적인 부분을 식별하기 위해 모델의 복잡성을 이벤트 및 제약 조건을 트리거할 수 있는 방정식과 변수 등의 수량으로 측정할 수 있습니다. 이를 통해 시뮬레이션 중에 변경 사항이 모델의 성능을 개선할 가능성이 큰지를 판단할 수 있습니다. Simscape Statistics Viewer는 모델 완성도를 조절하는 데 도움이 되도록 모델(블록 및 변수)과 직접 연결됩니다.

Simscape 모델의 복잡성을 측정하기 위한 Simscape Statistics Viewer는 보존 및 제거된 변수를와 기타 통계를 보여줍니다.
Simscape 모델(왼쪽)의 복잡성을 측정하기 위한 Simscape Statistics Viewer(오른쪽)는 보존 및 제거된 변수를와 기타 통계를 보여줍니다. 모델의 소스(블록 또는 방정식)를 직접 탐색할 수 있습니다.

Simulink 지원 기능

Simulink 기능을 사용하면 Simscape 모델을 사용해 까다로운 제어 설계 문제를 해결할 수 있습니다. 고급 선형화 및 자동 제어 튜닝 기술은 복잡한 제어 전략을 적용하고 견고성 및 응답 시간 목표를 달성하는 컨트롤러 게인을 빠르게 찾는 데 유용하게 활용될 수 있습니다. 프로파일링 및 어드바이저 툴은 시뮬레이션에서 병목 지점을 식별해 모델을 향상하는 데 도움을 줍니다.


C 코드로 변환

Simulink Coder를 사용하여 Simscape 모델을 C 코드로 변환할 수 있습니다. Simscape 모델을 C 코드로 변환하면 이를 배치 시뮬레이션이 수행되는 HIL 테스트 및 최적화 등의 작업에 사용할 수 있습니다. 또한 C 코드로 변환하게 되면 보호 모델을 공유할 수 있습니다.

C 코드로 변환

하드웨어 프로토타입이 필요 없는 테스트

Simscape 모델을 이용하면 하드웨어 프로토타입을 사용하지 않고도 임베디드 제어 알고리즘과 컨트롤러 하드웨어를 테스트할 수 있습니다. Simscape 모델을 C 코드로 변환하면 SIL(software-in-the-loop) 및 PIL(processor-in-the-loop) 테스트 외에도 HIL(hardware-in-the-loop) 테스트를 실행할 수 있습니다. 이를 통해 장비 및 인력을 위험에 노출시키지 않고 임베디드 컨트롤러를 테스트할 수 있으며 컨트롤러를 실제 시스템에 연결하면 시스템이 지정된 대로 작동할 것이라는 확신을 굳힐 수 있습니다.

Simscape를 사용해 HIL(Human-in-the-Loop) 시뮬레이터를 개발하는 Volvo CE  (User Story) Volvo Construction Equipment tested new concepts for construction equipment, reduced the number of prototypes by 30-50%, and resolved field issues faster.

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배치 시뮬레이션 실행

최적화 및 파라미터 스윕 등의 수많은 엔지니어링 작업을 수행하려면 다수의 시뮬레이션을 실행해야 합니다. Simscape 모델을 C 코드로 변환하면 이러한 작업을 효율적으로 실행할 수 있습니다. 개별 시뮬레이션을 가속화하고 여러 프로세스에 대한 배치 시뮬레이션이나 컴퓨팅 클러스터 전반에 분산된 배치 시뮬레이션을 병렬로 실행할 수 있습니다.


모델 공유

Simscape를 사용하면 Simscape 애드온 제품을 사용하는 모델을 공유할 때 구입한 소프트웨어를 효율적으로 사용할 수 있습니다. 또한 지적 재산을 보호하면서 모델을 공유할 수 있는 메서드를 제공합니다.

모델 공유

Simscape 애드온 제품의 기능 평가

Simscape 편집 모드를 사용하면 애드온 제품을 구매하지 않은 Simscape 사용자도 Simscape 애드온 제품을 사용하는 모델에 대해 수많은 작업을 수행할 수 있습니다. 이러한 작업에는 모델의 파라미터 값을 확인, 시뮬레이션 및 변경하는 작업이 포함됩니다. 그 결과, 팀의 각 엔지니어가 각 Simscape 애드온 제품에 대한 라이선스를 구매할 필요 없이 전체 Simscape 제품군의 고급 컴포넌트와 기능을 활용할 수 있습니다.

Simscape 모델을 이용한 작업
작업 모델 개발자
(Simscape 및 Simscape 애드온 제품을 구매)
모델 사용자
(Simscape 구매)
시뮬레이션
데이터 및 플롯 결과 기록
수치 파라미터 변경
Simulink Coder로 코드 생성

Simscape Multibody 애니메이션 보기

PowerGUI 기능 및 설정 액세스

블록 매개 변수화 변경 옵션

 

물리적 연결 체결 또는 분리

 

보호 모델 공유

지적 재산을 보호하면서 Simscape 모델을 다른 사용자와 공유할 수 있습니다. Simscape 언어를 사용해 정의된 사용자 정의 컴포넌트Simscape 블록을 포함하는 서브시스템을 보호할 수 있습니다. 이러한 모델을 공유하면 다른 사용자가 시뮬레이션을 실행하고 파라미터를 변경하며 C 코드로 이를 변환할 수 있게 되지만 원본 구현을 확인할 수는 없습니다.


학계에서의 Simscape

MATLAB, Simulink 및 Simscape는 수많은 유수의 대학에서 사용되고 있습니다. 교육자는 3차원 시각화를 통한 모델링과 시뮬레이션을 사용하여 학생들이 실제적인 예제를 접하고 학습 중인 이론을 구체화하도록 도울 수 있습니다. 학생들은 시뮬레이션을 사용하여 가상 환경에서 프로토타핑할 수 있으며 이를 통해 학생들이 새로운 설계를 시도하고 전체적인 파라미터 공간을 탐색하도록 독려할 수 있습니다. 시뮬레이션을 사용하면 연구 프로젝트의 설계를 최적화하고 학생 간의 경쟁을 독려할 수 있습니다. 이러한 제품은 자동차, 항공 및 로봇 공학 등의 산업 전반에서도 폭넓게 사용되고 있으므로 MATLAB, Simulink 및 Simscape를 사용해 본 졸업생들은 고용주로부터 환영받는 인재가 됩니다.

모델링 및 시뮬레이션에 대한 학생 참여에 관해 자세히 알아보십시오.

커리큘럼에 Simscape를 통합한 마케트 대학교  (User Story) Students acquire engineering communication skills and are motivated with real-world challenges. Graduates are prepared for their careers.

학계에서의 Simscape