단진자 모델링하기

진자는 모델링할 수 있는 기계 시스템 중에서 가장 단순한 형태입니다. 이 시스템은 링크와 고정 피벗에 해당하는 두 바디가 회전 조인트로 연결되어 있습니다. 이 예제에서는 단순 링크 모델링하기에서 만든 사용자 지정 링크 블록을 사용하여 진자를 모델링하고 시뮬레이션하는 방법을 배웁니다. Revolute Joint 블록은 링크와 월드 프레임에 고정된 피벗 사이에 회전 자유도를 제공합니다.

모델 구축하기

MATLAB^® 명령 프롬프트에 smnew를 입력합니다. 자주 사용하는 블록이 포함된 Simscape™Multibody™ 모델 템플릿이 열립니다.
Simulink-PS Converter 블록, PS-Simulink Converter 블록, Scope 블록, Rigid Transform 블록을 삭제합니다. 이 예제에서는 해당 블록이 필요 없습니다.
단순 링크 모델링하기에서 만든 Simple Link 사용자 지정 블록을 모델에 추가합니다.
Revolute Joint 블록을 모델에 추가합니다. 이 블록은 Simscape > Multibody > Joints 라이브러리에서 찾을 수 있습니다. 이 블록은 두 프레임 사이에 1개의 회전 자유도를 제공합니다.
이미지에 표시된 것처럼 블록을 연결합니다. Revolute Joint 블록의 포트 방향은 조인트 상태 목표값을 지정하거나, 조인트 액추에이션 입력값을 미리 정의하거나, 조인트 동적 변수를 감지할 때 중요합니다. Revolute Joint 블록은 각 수치가 기본 프레임을 기준으로 팔로워 프레임에 적용되는 것으로 해석하므로, 포트 연결을 바꾸면 모델 어셈블리와 시뮬레이션에 영향을 줄 수 있습니다.
Brick Solid 블록 대화 상자에서 다음 파라미터를 지정합니다. 이 블록은 월드 프레임에 강체로 연결되어 있으므로, 멀티바디 모델의 동특성에 영향을 미치지 않습니다. 멀티바디 동특성 시뮬레이션에 대한 자세한 내용은 멀티바디 모델링 항목을 참조하십시오. 관성 파라미터는 디폴트 값으로 그대로 두어도 됩니다.

파라미터 값 단위
기하 > 차원 [4 4 4] cm
그래픽 > 시각적 속성 > 색 [0.80 0.45 0] N/A

파라미터	값	단위
기하 > 차원	`[4 4 4]`	`cm`
그래픽 > 시각적 속성 > 색	`[0.80 0.45 0]`	N/A

중력 지정하기

Revolute Joint 블록은 기본 프레임과 팔로워 프레임의 공통된 Z축을 조인트 회전 축으로 사용합니다. 진자가 중력의 영향을 받아 진동하게 하려면, 중력 벡터가 더 이상 Z축에 맞춰지지 않도록 변경해야 합니다. 이를 위해 Mechanism Configuration 블록 대화 상자에서균일 중력 > 중력을 [0 -9.81 0]으로 설정하십시오.

진자 시작 위치 설정하기

Revolute Joint 블록 대화 상자의 상태 목표값 메뉴를 사용하여 목표 조인트 각도를 지정할 수 있습니다. 이를 위해 상태 목표값 > 위치 목표값 지정을 선택하고, 값 파라미터에 목표 조인트 각도를 입력하십시오. 이 튜토리얼에서는 각도를 디폴트 값으로 그대로 두어도 되며, 이렇게 하면 진자가 수평 위치에서 시작합니다.

솔버 구성하기

구성 파라미터를 엽니다. 모델링 탭에서 모델 설정을 클릭합니다.
솔버 탭에서 솔버 파라미터를 ode15s (stiff/NDF)로 설정합니다. 이 솔버는 물리 모델에 권장되는 선택입니다.
최대 스텝 크기를 0.01로 설정하고 확인을 클릭합니다. 작은 스텝 크기를 사용하면 시뮬레이션 정확도가 향상되고 멀티바디 탐색기(Multibody Explorer)에서 더 부드러운 애니메이션이 생성됩니다. 작은 스텝 크기는 시뮬레이션 속도에 부정적인 영향을 줄 수 있지만, 이렇게 단순한 모델에서는 0.01 값을 사용하면 속도와 정확성 사이에 균형을 잘 유지할 수 있습니다.

모델 조립하기

블록 다이어그램을 업데이트합니다. 모델링 탭에서 모델 업데이트를 클릭합니다. 멀티바디 탐색기(Multibody Explorer)가 열리면서 모델의 초기 구성 상태가 3차원 뷰로 표시됩니다.

멀티바디 탐색기(Multibody Explorer) 툴스트립에서 View convention 파라미터가 Y up (XY Front)로 설정되어 있는지 확인하십시오. 이 뷰 규칙은 화면에서 중력이 수직 방향에 맞춰지도록 합니다. 멀티바디 탐색기(Multibody Explorer) 디스플레이를 새로 고치려면 표준 뷰 버튼을 선택합니다. 다음 그림은 모델의 전면 뷰를 보여줍니다. 탐색기 구성 저장 버튼 을 클릭하여 시각화 설정을 저장하십시오.