Simulink学习——基础建模流程案例（一）（简单弹簧阻尼器复合系统建模）

前言

 

当对对象系统的分析不够充分，需求不够明确的时候，仍然可以先将仿真系统的输入、输入、子系统等模块进行划分，形成一个相对科学的仿真系统框架。在这个框架下，进行对象系统的分析和建模可能很多时候会更高效。

Simulink给出了一个建模系统的设计的workflow系列案例作为参考，我就跟着这个workflow系列的案例，基于simulink的教程，以自己的理解分析来学习建模思路。这一期为demo中的第一期，使用一个简单弹簧阻尼器复合系统建模来进行基础建模练习。

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仿真系统框架设计

 

如上的一个分析对象，在仔细去考虑系统内各组件的关系之前，首先对该系统的一个初步印像：

这个系统是一个有输入变量与因变量的系统，二者之间存在固定的关系，只要给定初始输入，因变量的变化就是决定了的。

 

因此在深入分析之前，我将即将建立的模型分为了三个部分：输入、输出、转换关系。在Simulink中先进行一个划分：

随后我们可以将三个系统间先放入一点东西，让我们更能清晰地看到仿真的流程：

考虑到我们现在对问题还没有进行仔细地定义，因此输入和输出量未知。因此这里使用了bus creator与bus selector去进行三个建模部分的链接，简化区域间的信号交互（免得以后看花了）。

 

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问题分析与建模解决

 

这时候，比如有人提出了第一个疑问：我想知道，如果我拉一下小球，那最上面这个小球m在会如何运动？

 

信号逻辑

这个问题中，可变的外部输入变量就是小球初始所受外力F，需求就是要观测小球m的运动轨迹x。

这样，系统内现在就有了需要输出的因变量小球轨迹x和需要外部输入的变量小球初始受力F，我们简单地把他们放入系统，看看我们的信号是怎么走的：

 

各区域内建模

小球通过一个弹簧和阻尼器与地面连接，可以用一个公式去描述该系统：

如上，我们的x可以从这个公式中解出。

这个公式中，m、c、k均为器件的物理特性，为常数，F外力除去刚开始，其他时间为0。而其他所有值均只输出初始值，后续都会在小球运动过程中随时改变。

 

Input区域

根据变量的属性，在input中先放入它们：

Relationship区域

然后就可以通过总线使用这些变量在Relationship Area中描述他们的关系了：

根据小球加速度和各变量的关系进行建模：

 

Output区域

最后将可观测的量都引出到output：

 

连上回路：

 

 

对比回Simulink的例子，区别挺大，可以看出建模上的思路还是有些不同，还是仿真先看看结果是否一致吧：

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仿真

输入相同的初始条件，我们来对比下仿真结果：

嗯，与参考答案一样！

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优化

由于一开始没有规划好连线的顺序，relationship部分看起来线十分乱，让我们来创建子系统来优化下：

这样是不是看起来好多啦！（看不见等于不存在/doge）

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小结

对比起官方的Demo，自建的模型看起来复杂很多。官方demo更精准的考虑了前面所描述的问题，认为输入量只有一个F。而我这个模型考虑到所有的变量都有可能会变化，因此将所有的变量与因变量和仿真过程（relationship）分离，因此结构上要复杂的多。如果只分析前面问的这个问题，官方的demo还是要简洁许多的。

因此建模时候，还是要多精准考虑建模的需求，否则会徒增工作量。

 

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模型分享

https://download.csdn.net/download/weixin_44281768/12839062