물리 모델 생성을 위한 필수 단계
R2026b워크플로 개요
아래 표에는 물리 모델을 구축하고 시뮬레이션하기 위한 필수적인 주요 단계와 함께, 각 단계에 대한 배경 정보를 제공하는 관련 문서 항목이 나열되어 있습니다. 그 뒤에 이어서 각 단계에 대한 자세한 설명이 나옵니다.
| 주요 단계 | 관련 항목 |
|---|---|
Basic Principles of Modeling Physical Networks | |
다음 그림은 제어기가 있는 질량-스프링-댐퍼 예제 모델에 적용되는 주요 워크플로 단계를 보여줍니다. 그 아래 각 단계별 설명에는 이 모델을 만드는 방법에 대한 자세한 지침이 포함되어 있습니다.
1단계: sscnew를 사용하여 새 모델 만들기
Simscape™ 모델 구축을 시작하는 가장 좋은 방법은 sscnew를 사용하는 것입니다. 이 방식을 사용하면 모델에 권장되는 디폴트 설정을 적용할 수 있습니다. sscnew를 사용하면 다음 작업이 자동으로 수행됩니다.
모델 캔버스에 필수 블록과 자주 사용되는 블록이 미리 포함된 Simscape 모델 생성
권장되는 솔버 및 허용오차 설정 선택
전체 모델에 대한 데이터 기록 활성화
MATLAB® 명령 창에 다음을 입력합니다.
sscnew
디폴트 솔버가 VariableStepAuto로 설정된 제목 없는(untitled) 새 모델에는 Solver Configuration 블록, Simulink-PS Converter 블록, 그리고 Scope 블록에 연결된 PS-Simulink Converter 블록이 포함되어 있습니다.
모델 창 하단의 리소스 섹션에는 관련 블록 라이브러리 및 문서 항목에 대한 링크가 제공됩니다.
2단계: 물리 네트워크 조합하기
시스템을 모델링하려면, Simscape 라이브러리의 블록을 모델에 추가한 다음 이들을 연결하여 물리 네트워크를 구성합니다. 사용자가 만든 도식에서 블록을 연결하는 선은 모델링하는 실제 시스템의 컴포넌트 사이에 존재하는 물리적 연결을 나타냅니다. 즉, Simscape 다이어그램은 물리 시스템 레이아웃을 모사합니다.
네트워크를 구성할 때는, Electrical Reference, Mechanical Translational Reference 등과 같은 도메인별 기준점 블록을 포함하는 것이 중요합니다. 이러한 블록은 도메인에 따라 접지(ground), 프레임(frame) 또는 대기(atmosphere)와의 연결을 나타냅니다. 자세한 내용은 Grounding Rules 항목을 참조하십시오.
Simscape > Foundation Library > Mechanical > Translational Elements 라이브러리를 엽니다.
Mass, Translational Spring, Translational Damper, Mechanical Translational Reference 블록을 모델 창으로 끌어서 놓습니다.
다음 그림에 표시된 것처럼 Translational Spring, Translational Damper, Mass 블록을 Mechanical Translational Reference 블록에 연결합니다. 블록을 회전하려면 해당 블록을 선택하고 Ctrl+R을 누릅니다.
모델의 시각적 표현을 조정하려면 그림과 같이 Spring 블록 및 Damper 블록의 이름을 줄이십시오. Mass 블록의 이름이 Spring 및 Damper와 함께 표시되도록 하려면, Mass 블록을 선택하고 모델 툴스트립에서 Simscape Block > 자동 이름 > 이름 켜기를 선택합니다.
3단계: 블록 파라미터 및 변수 목표값 조정하기
Simscape 블록은 블록 파라미터 및 변수에 대한 디폴트 초기값을 갖는 일반 컴포넌트를 나타냅니다. 이러한 값은 해당 응용 분야에 적합하게 조정하거나 제조업체 데이터시트와 일치하도록 조정할 수 있습니다.
블록 파라미터 값과 블록 변수에 대한 초기화 목표값을 확인하고 수정하려면 블록을 더블 클릭하여 대화 상자를 여십시오. 설정 탭을 사용합니다.
대부분의 Simscape 블록의 경우, 블록 대화 상자는 블록 속성 인스펙터와 동일한 정보를 포함하며 동일한 레이아웃을 사용합니다. 기본적으로, 속성 인스펙터에서 값을 변경하면 새 값이 즉시 적용됩니다. 보다 효과적인 제어를 위해, 블록 대화 상자의 오른쪽 위 코너에 있는 자동 적용 체크박스의 선택을 해제하여 재설정 및 적용 버튼을 활성화하는 것이 좋습니다. 이는 여러 파라미터를 한 번에 변경하는 복잡한 블록을 다룰 때 특히 유용합니다. 제조업체 데이터시트와 일치하도록 파라미터 값을 변경하고 전체 설정을 검토한 다음 적용을 클릭합니다. 자동 적용 체크박스의 선택을 해제하면 MATLAB 세션 동안 해당 상태가 유지됩니다.
블록에 대한 설명을 보려면 블록 대화 상자에서 설명 탭을 클릭하십시오. 이 탭에는 소스 코드 링크도 포함되어 있습니다. 이 링크를 클릭하면 MATLAB 편집기에서 이 블록의 Simscape 소스 파일이 열립니다.
설정할 수 있는 파라미터나 변수 목표값이 없는 블록의 경우, 블록 대화 상자에는 설정 탭이 보이지 않으며 설명 탭만 표시됩니다.
블록에 대한 문서를 보려면 블록 대화 상자의 오른쪽 위 코너에 있는 물음표 
버튼을 클릭하십시오.
이 모델에서는 질량, 스프링 강성, 감쇠 계수를 제어하는 파라미터를 조정합니다. 또한 각 변수 목표값을 조정하여 질량의 초기 속도를 지정할 것입니다.
Spring 블록을 더블 클릭합니다. 자동 적용 체크박스의 선택을 해제합니다. 스프링 상수를
400 N/m으로 설정하고 적용을 클릭합니다.
Damper 블록을 더블 클릭합니다. 감쇠 계수를
100 N/(m/s)로 설정합니다.
Mass 블록을 더블 클릭합니다. 질량을
3.6 kg로 설정합니다.
질량 속도에 원하는 초기값을 지정하려면 초기 목표값 섹션에서 속도를 확장합니다. 변수의 우선 순위가 이미
높음으로 지정되어 있습니다. 이는 솔버가 시뮬레이션 시작점을 결정하기 위해 초기 조건을 계산할 때 이 시작 값을 정확하게 충족하도록 시도함을 의미합니다. 속도 체크박스를 선택합니다. 값 필드에10을 입력한 다음 적용을 클릭합니다.
4단계: 소스 추가하기
입력 신호를 사용하여 Simscape 모델을 구동할 수 있습니다. 이 기법을 사용하면 시스템에 작용하는 힘, 전압, 압력과 같은 물리적 효과를 나타낼 수 있습니다. 전류, 질량 유량, 열 유속과 같이 시스템을 통해 흐르는 다른 물리량도 지정할 수 있습니다. Simscape 소스 블록을 사용하여 물리 네트워크에 신호 입력 연결을 추가합니다.
질량에 작용하는 힘에 대한 표현을 추가하려면 Ideal Force Source 블록을 사용하십시오.
Simscape > Foundation Library > Mechanical > Mechanical Sources 라이브러리를 엽니다.
다이어그램에 Ideal Force Source 블록을 추가합니다. 아래 표시된 대로 블록 이름을 줄입니다.
원래 도식에 표시된 힘의 올바른 방향을 반영하려면 블록 방향을 뒤집습니다. Force Source 블록을 선택한 상태에서, Simulink® 툴스트립의 형식 탭에 있는 배치에서 위아래를 반전합니다를 클릭합니다.
Mechanical Translational Reference 블록을 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭한 다음 끌어서 놓아 새 위치로 복사합니다. 그런 다음 Force Source 블록에서와 동일한 기법을 사용하여 새 블록의 방향을 뒤집습니다.
아래 그림과 같이 Force Source 블록의 포트 C를 이 두 번째 Mechanical Translational Reference 블록에 연결하고 포트 R을 Mass 블록에 연결합니다.
물리 네트워크를 Simulink 소스에 연결하면 힘 프로파일의 입력 신호가 포트 S를 통해 제공됩니다(6단계: 인터페이스 블록으로 Simulink에 연결하기 참조). 포트 S에서의 양의 신호는 포트 C에서 포트 R로 작용하는 힘을 지정합니다.
5단계: 센서 추가하기
물리 네트워크에서 물리량을 측정하여 모델의 다른 위치에서 사용할 수 있습니다. 이러한 물리량은 일반적으로 제어 알고리즘의 피드백에 사용되거나, 온도 종속적 저항기처럼 다른 물리량에 따라 동작이 달라지는 물리적 컴포넌트를 모델링하는 데 사용되며, 시뮬레이션 중 결과를 확인하는 용도로도 사용할 수 있습니다.
물리량은 센서 블록을 사용하여 측정하며, 측정하려는 값에 따라 직렬 또는 병렬로 연결합니다. Through 변수(예: 전류, 유량, 힘)로 정의되는 물리량을 측정하려면 센서를 직렬로 연결하십시오. Across 변수(예: 전압, 압력, 속도)로 정의되는 물리량을 측정하려면 센서를 병렬로 연결하십시오. Through 변수 및 Across 변수에 대한 자세한 내용은 Variable Types 항목을 참조하십시오.
스프링 변형을 측정하려면 Ideal Translational Motion Sensor 블록을 스프링과 병렬로 연결하십시오.
Simscape > Foundation Library > Mechanical > Mechanical Sensors 라이브러리를 엽니다.
다이어그램에 Ideal Translational Motion Sensor 블록을 추가합니다.
블록을 회전하려면 해당 블록을 선택하고 Ctrl+R을 누릅니다.
다음 그림에 표시된 것처럼 블록을 연결합니다. 아래 표시된 대로 블록 이름을 줄입니다.
6단계: 인터페이스 블록으로 Simulink에 연결하기
Simscape 네트워크의 방정식은 동시에 풀리지만 Simulink 블록은 순차적으로 실행됩니다. Simulink-PS Converter 및 PS-Simulink Converter와 같은 인터페이스 블록은 이러한 두 모델링 규칙 사이의 경계를 처리합니다. Simulink 신호가 Simscape 네트워크의 물리량을 지정하거나, 제어 설계 또는 다른 목적으로 Simscape 물리량을 Simulink에 전달할 때 인터페이스 블록이 필요합니다. Simulink 블록을 Simscape 물리 네트워크에 연결할 때마다 적절한 컨버터 블록을 사용해야 합니다.
이제 물리 네트워크를 일반 Simulink 블록으로 구축된 제어기에 연결합니다. 먼저, 물리 네트워크를 Simulink 신호에 연결할 준비를 합니다.
Scope 블록을 삭제합니다.
스코프를 사용하여 시뮬레이션 결과를 볼 수도 있지만, 이 경우 블록 다이어그램이 복잡해질 수 있습니다. 시뮬레이션 결과를 확인하고 분석하는 더 효율적인 방법은 8단계: 시뮬레이션 결과 보기에 설명된 대로 Simscape 결과 탐색기를 사용하는 것입니다.
Simulink-PS Converter 블록의 물리 신호 출력 포트를 Force Source 블록의 포트 S에 연결합니다.
Motion Sensor 블록의 출력 포트 P를 PS-Simulink Converter 블록의 물리 신호 입력 포트에 연결합니다.
Solver Configuration 블록을 회로에 연결하고 컨버터 블록 이름을 숨깁니다. 다이어그램은 다음과 같이 표시됩니다.
그런 후, 다음과 같이 제어기를 구축하고 연결합니다.
Simulink > Sources 라이브러리를 열고 Pulse Generator 블록을 모델로 끌어서 놓습니다. 블록 이름을 Position Command로 변경합니다. 다음과 같이 블록 파라미터를 설정합니다.
Simulink > Math Operations 라이브러리를 열고 Sum 블록을 모델로 끌어서 놓습니다. 부호 목록에서 그림과 같이 두 번째 플러스 기호를 마이너스 기호로 바꿉니다.
Simulink > Continuous 라이브러리를 열고 PID Controller 블록을 모델로 끌어서 놓습니다. 아래와 같이 비례(P), 적분(I), 미분(D) 파라미터 값을 설정합니다.
다음 다이어그램에 표시된 것처럼 블록을 연결합니다.
제어 Simulink 신호는 Simulink-PS Converter 블록의 입력 포트로 전달되며, 여기서 Ideal Force Source 블록의 힘 프로파일을 구동하는 물리 신호로 변환됩니다.
스프링 변형을 측정하는 Ideal Translational Motion Sensor 블록의 출력 포트 P는 PS-Simulink Converter 블록에 연결됩니다. 이 블록은 물리 신호를 제어기의 피드백 Simulink 신호로 변환합니다.
입력 신호와 피드백 신호를 비교하려면, 다음과 같이 이러한 신호를 신호 뷰어에 연결하십시오.
Pulse Generator 블록에서 Sum 블록으로 전달되는 Simulink 신호를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭합니다. 상황별 메뉴에서 뷰어 추가 버튼
을 선택합니다.그런 다음, PS-Simulink Converter 블록에서 Sum 블록으로 전달되는 Simulink 신호를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭합니다. 상황별 메뉴에서 뷰어 추가 버튼
을 선택합니다.
7단계: 모델 시뮬레이션하기
Simulink 툴스트립(모델 창의 맨 위) 또는 Scope 뷰어 도구 모음에서 실행 버튼 
을 클릭하여 시뮬레이션을 실행합니다. Simscape 솔버는 모델을 평가하고 초기 조건을 계산한 다음 시뮬레이션을 실행합니다. 이 절차에 대한 자세한 설명은 How Simscape Simulation Works 항목을 참조하십시오. 모델 창의 왼쪽 아래 코너에 있는 메시지에서 상태 업데이트를 확인할 수 있습니다.
시뮬레이션을 실행하려면 Simulink 툴스트립에서 을 클릭하십시오.
Scope 뷰어에 입력 신호와 피드백 신호의 겹쳐진 플롯이 표시됩니다.
8단계: 시뮬레이션 결과 보기
Simscape 결과 탐색기에서 데이터 기록 기능을 사용하여 시뮬레이션 데이터를 보고 분석할 수 있습니다. 예를 들어, 두 시뮬레이션 실행을 비교하여 질량 변경이 스프링 변형에 어떻게 영향을 미치는지를 분석할 수 있습니다.
Spring 블록을 선택합니다.
모델 툴스트립에서 Simscape Block > 결과 탐색기를 선택합니다.
Simscape 결과 탐색기 창이 열리고 왼쪽 창에서 Spring 블록에 해당하는 노드가 강조 표시됩니다. 오른쪽 창에는 블록과 연관된 세 변수에 대한 시뮬레이션 데이터 플롯이 표시됩니다.
Spring노드 아래에서 노드x를 선택합니다. 오른쪽 창에 시간 경과에 따라 플로팅된 스프링 변형 데이터가 표시됩니다.
Mass 블록을 더블 클릭합니다. 해당 질량을
7.2 kg로 설정합니다.시뮬레이션을 다시 실행합니다.
기록된 데이터를 다시 불러오려면 Simscape 결과 탐색기 창의 도구 모음에 있는 데이터 가져오기 버튼을 클릭합니다. 로그 변수 이름을 표시하는 팝업 창에서 확인을 클릭합니다.
참고
각 시뮬레이션 실행 후 데이터를 자동으로 다시 불러오려면 구성 파라미터 대화 상자의 Simscape 창에서 시뮬레이션 후 뷰어 열기 체크박스를 선택하십시오.
별도의 두 Simscape 결과 탐색기 창에서 시뮬레이션 결과를 나란히 살펴보려면, 첫 번째 시뮬레이션 실행 후 연결됨 버튼을 클릭하여 첫 번째 탐색기 창의 연결을 해제하십시오. 자세한 내용은 Simscape 결과 탐색기를 참조하십시오.
