Simscape Multibody

Modellierung und Simulation mechanischer Mehrkörpersysteme

 

Simscape Multibody™ (früher SimMechanics™) bietet eine Mehrkörper-Simulationsumgebung für mechanische 3D-Systeme wie Roboter, Fahrzeugaufhängungen, Baumaschinen und Flugzeugfahrwerke. Sie können Mehrkörpersysteme mit Blöcken modellieren, die Körper, Gelenke, Beschränkungen, Kraftelemente und Sensoren darstellen. Simscape Multibody formuliert und löst die Bewegungsgleichungen für das gesamte mechanische System. Sie können vollständige CAD-Baugruppen in Ihr Modell importieren, einschließlich aller Massen, Trägheiten, Gelenke, Beschränkungen und der 3D-Geometrie. In einer automatisch erzeugten 3D-Animation können Sie die Systemdynamik visualisieren.

Simscape Multibody hilft bei der Entwicklung von Regelungssystemen und dem Testen der Leistung auf Systemebene. Sie können Ihre Modelle mit Variablen und Ausdrücken in MATLAB® parametrisieren und Regelungssysteme für Ihr Mehrkörpersystem in Simulink® entwerfen. Sie können in Ihr Modell hydraulische, elektrische, pneumatische und andere physikalische Systeme mithilfe von Komponenten der Simscape™-Produktfamilie integrieren. Um Ihre Modelle in anderen Simulationsumgebungen, einschließlich Hardware-in-the-Loop (HIL)-Systemen, bereitzustellen, unterstützt Simscape Multibody die Generierung von C-Code.

Erste Schritte:

Simulation benutzerdefinierter 3D-Mechanismen

Erstellen Sie Mehrkörper-Modelle von beliebigen 3D-Mechanismen.

Starre und flexible 3D-Teile

Definieren Sie starre und flexible Teile mithilfe von parametrisierten 3D-Geometrie- oder CAD-Daten. Erstellen Sie 2D-Profile in MATLAB und extrudieren Sie sie entlang einer Linie oder drehen Sie sie um eine Achse. Geben Sie Materialeigenschaften an oder importieren Sie sie aus Finite-Elemente-Software.

Gelenke und Beschränkungen

Verbinden Sie Teile mit Gelenken, um Freiheitsgrade zu definieren. Verwenden Sie in Ihrem Design Zahnstangengetriebe, Kegelräder und Flaschenzüge, die durch Seile verbunden sind. Modellieren Sie Achterbahnen, Linearförderer und ähnliche Systeme mit benutzerdefinierten kinematischen Verhaltensweisen.

Kontaktkräfte

Modellieren Sie Kollisions- und Reibungskräfte zwischen 3D-Teilen. Fügen Sie benutzerdefinierte aerodynamische und hydrodynamische Kräfte hinzu. Beziehen Sie für Raumfahrtsysteme Gravitationskräfte ein.

Kontaktkräfte zwischen den Füßen des Roboters und dem Fußboden schließen Kollisions- und Reibungskräfte ein.

Integrieren elektronischer, hydraulischer und pneumatischer Systeme

Modellieren Sie mit der Simscape-Produktfamilie Ihr gesamtes Mehrdomänen-System in einer einzigen Umgebung.

Einbinden von Betätigungssystemen

Verbinden Sie elektronische, hydraulische, pneumatische und andere Systeme direkt mit Ihrem mechanischen 3D-Modell. Bewerten Sie Aktuatortechnologien für Ihre Anwendung, und bestimmen Sie die Größe und die elektrische Leistung, die erforderlich sind, um Leistungsanforderungen zu erfüllen.

Entwurf von Regelungsalgorithmen

Verwenden Sie hochentwickelte Linearisierung und automatische Techniken zur Optimierung von Reglern, um komplexe Regelstrategien umzusetzen. Finden Sie schnell Reglerverstärkungen, mit denen sich die Ziele hinsichtlich Robustheit und Ansprechzeiten erreichen lassen. Testen Sie Software-Implementierungen, um die Systemleistung zu bewerten.

Steuerungssystem für ein Querruder, das einen vorgegebenen Winkel verfolgt.

Kollaborativer Entwurf

Ermöglichen Sie es Softwareprogrammierern und Hardwareentwicklern, mithilfe einer ausführbaren Spezifikation des gesamten Systems schon früh im Entwurfsprozess zusammenzuarbeiten. Verwenden Sie Simulationen, um den gesamten Designraum zu untersuchen.

Steuerungslogik koordiniert einen Roboterarm und zwei Förderbänder, um Pakete zu transportieren und neu auszurichten.

Erstellen vollständig parametrisierter Modelle mit MATLAB

Untersuchen Sie schnell Ihren Designraum und verfeinern Sie Anforderungen, um Ihre Entwicklungszyklen zu verkürzen.

Schnelles Untersuchen von Designräumen

Variieren Sie automatisch Designparameter wie Länge, Radius, Masse und Spannung. Führen Sie schnell parallele Tests durch, um realisierbare Teile des Designraums zu identifizieren und Ihre Entwicklungsarbeiten entsprechend zu konzentrieren.

Optimierungsalgorithmen passen die  Längen des Gestänges an, bis die Spitze der gewünschten Bewegungsbahn folgt.

Verfeinern von Anforderungen

Verwenden Sie abstrakte Modelle mit grundlegenden Parametern, um Designs früh im Entwicklungsprozess zu testen. Berechnen Sie unbekannte Größen, um eine detaillierte Spezifikation zu erstellen. Verwenden Sie die dynamische Simulation, um mechanische Designs in weniger Iterationen zu erstellen.

Ein abstraktes Design wird optimiert, bevor das detaillierte Design per CAD durchgeführt wird.

Intensivere Wiederverwendung von Modellen

Entwickeln Sie Modellbibliotheken, die wichtige Parameter für Modellbenutzer zugänglich machen. Verwenden Sie generische Aktuatormodelle um mehrere produktspezifische Varianten eines Bauteils zu modellieren, indem Sie einfach die Parameter verändern. Erhöhen Sie die Unternehmenseffizienz mit einem zentralen Satz an Simulationsmodellen, der für mehrere Produktlinien genutzt werden kann.

Ein generischer hydraulischer Aktuator, der parametrisiert ist, um drei spezifische Aktuatoren zu modellieren.

Importieren aus CAD-Software

Konvertieren Sie CAD-Designs automatisch, um einen digitalen Zwilling Ihres Systems zu erstellen.

Importieren von Baugruppen mit Gelenken

Ganze CAD-Baugruppen, einschließlich aller Teile mit Masse, Trägheit und Farbe sowie Steck- und Gelenkverbindungen werden automatisch in ein Simscape-Modell konvertiert. Aktualisierungen bestehender CAD-Bauteile können in das Simscape-Modell eingebunden werden.

Optionen zur Wiederverwendung von CAD-Teilen und -Baugruppen in Simscape.

CAD-Daten direkt verwenden

Definieren Sie Teile, indem Sie direkt auf Dateien von CATIA®, Creo™, Inventor®, NX™, Solid Edge®, SolidWorks® und Parasolid® verweisen.  Teile können auch durch Verweise auf Dateien in Formaten für die 3D-Modellierung spezifiziert werden, wie STEP®, STL, SAT oder JT.

Direktes Verweisen auf CAD-Dateien zur Verwendung einzelner Teile in einem Simscape-Modell.

Bearbeiten in 3D

Nutzen Sie eine 3D-Benutzeroberfläche, um Beugssysteme für Teile zu definieren und anzupassen. Wählen Sie Knoten, Kanten, Oberflächen oder Volumen über eine grafische Benutzeroberfläche aus, um die Position und Ausrichtung von Bezugssysteme zu definieren, die zum Erfassen, für Gelenkverbindungen und zur Kraftanwendung verwendet werden können.

Hinzufügen von Verbindungspunkten zu Teilen über die 3D-Benutzeroberfläche in Simscape Multibody.

Fehlertoleranz

Minimieren Sie Verluste, Ausfallzeiten und Kosten, indem Sie Designs unter Fehlerbedingungen validieren.

Erstellung robuster Designs

Geben Sie Fehlerkriterien für Komponenten an, einschließlich zeit-, belastungs- oder temperaturabhängiger Bedingungen. Modellieren Sie verschlechtertes Komponentenverhalten, beispielsweise aufgrund abgenutzter Getriebeverzahnungen oder erhöhter Lagerreibung. Durch die automatische Konfiguration von Modellen lassen sich Designs effizient unter Fehlerbedingungen validieren.

Eine Verbindung zwischen zwei Teilen löst sich, wenn die Kraft die Obergrenze für das Gelenk überschreitet.

Durchführung von Predictive Maintenance

Generieren Sie Daten, um Algorithmen für die vorausschauende Wartung (predictive maintenance) zu trainieren. Validieren Sie Algorithmen mit virtuellen Tests in häufigen und seltenen Szenarien. Reduzieren Sie Ausfallzeiten und Gerätekosten, indem Sie sicherstellen, dass Instandhaltungen genau in den richtigen Abständen durchgeführt werden.

Modell einer Triplex-Hubkolbenpumpe mit mehreren Fehlern (Leck, Blockade und abgenutztes Lager), das zur Entwicklung eines Mehrklassen-Klassifikators verwendet wird, der verschiedene Fehlerkombinationen erkennt.

Minimieren von Verlusten

Berechnen Sie die Verlustleistung von mechanischen Komponenten. Verifizieren Sie, dass alle Komponenten in ihrem betriebssicheren Bereich arbeiten. Simulieren Sie spezifische Ereignisse und Reihen von Testszenarien, und führen Sie dann die Nachverarbeitung der Ergebnisse in MATLAB durch.

Schneckengetriebe mit Zahnreibung und Lagerleistungsverlusten.

Animieren von Mechanismen und Analysieren von Ergebnissen

Analysieren Sie das Verhalten Ihrer Mechanismen mithilfe von 3D-Animationen von Simulationsergebnissen.

Animieren von Simulationsergebnissen

Analysieren Sie Ihr System mit einer automatisch generierten 3D-Visualisierung Ihres Modells und einer Animation der Simulationsergebnisse. Betrachten Sie die Animation aus mehreren Blickwinkeln gleichzeitig, und exportieren Sie eine Videodatei.

Untersuchen von Mechanismen in 3D

Untersuchen Sie Ihren Mechanismus in einer 3D-Umgebung, und navigieren Sie zur schematischen Ansicht, um die Modellstruktur zu verifizieren und die grafisch dargestellten Ergebnisse zu überprüfen. Definieren Sie statische oder bewegliche Blickpunkte, um Simulationsergebnisse in einem benutzerdefinierten Bezugssystem anzuzeigen.

Untersuchen Sie das Verhaltendes Mechanismus, der Baugruppendefinition und der Simulationsergebnisse.

Berechnen erforderlicher Lasten

Führen Sie verschiedene Arten von Analysen durch, einschließlich direkter Dynamik, inverser Dynamik, direkter Kinematik und inverser Kinematik. Berechnen Sie die erforderliche Kraft oder das erforderliche Drehmoment, um eine erforderliche Bewegung zu erzeugen, auch wenn die Freiheitsgrade für Betätigung und Bewegung nicht übereinstimmen.

Modellbereitstellung

Verwenden Sie Modelle für den gesamten Entwicklungsprozess, einschließlich Tests von Embedded Reglern.

Testen ohne Hardwareprototypen

Konvertieren Sie Ihr Simscape Multibody-Modell in C-Code, um Hardware-in-the-Loop-Tests für Embedded-Regelungsalgorithmen auf dSPACE®, Speedgoat, OPAL-RT und anderen Echtzeitsystemen durchzuführen. Führen Sie virtuelle Inbetriebnahmen durch, indem Sie Tests anhand eines digitalen Zwillings Ihres Produktionssystems konfigurieren.

Beschleunigen der Optimierung mit parallelen Simulationen

Konvertieren Sie Ihr Simscape Multibody-Modell in C-Code, um Simulationen zu beschleunigen. Führen Sie Tests parallel aus, indem Sie Simulationen auf mehreren Kernen eines einzelnen Computers, auf mehreren Computern in einem Cluster oder in einer Cloud bereitstellen.

Optimierung eines Roboterwegs auf minimalen Stromverbrauch mit Parallel Computing.

Zusammenarbeit mit anderen Teams

Optimieren und simulieren Sie Modelle mit hochentwickelten Komponenten und Funktionen aus der gesamten Simscape-Produktfamilie, ohne eine Lizenz für jedes Simscape-Add-On-Produkt erwerben zu müssen. Geben Sie geschützte Modelle für externe Teams frei, um geistiges Eigentum nicht offenzulegen.

Simscape Multibody-Modelle können an Personen weitergegeben werden, die Simscape Multibody nicht erworben haben.

MATLAB und Simulink

Finden Sie schneller ein optimales Design, indem Sie Aufgaben für das gesamte Systemmodell automatisieren.

Automatisieren jeglicher Aufgaben mit MATLAB

Automatisieren Sie mit MATLAB jegliche Aufgaben, einschließlich Modellaufbau, Parametrisierung, Tests, Datenerfassung und Nachverarbeitung. Erstellen Sie Apps für häufige Aufgaben, um die Effizienz ihrer gesamten technischen Abteilung zu erhöhen.

Modell eines Pendels in Simscape Multibody, das mit MATLAB-Befehlen konstruiert wurde.

Optimieren von System-Designs

Verwenden Sie Simulink, um Regelungsalgorithmen, den Hardwareentwurf und die Signalverarbeitung in einer einzelnen Umgebung zu integrieren. Nutzen Sie Optimierungsalgorithmen, um das insgesamt beste Design für Ihr System zu finden.

Verkürzen von Entwicklungszyklen

Reduzieren Sie die Anzahl der Entwurfsiterationen, indem Sie mit Verifikations- und Validierungstools sicherstellen, dass die Anforderungen vollständig und konsistent sind. Stellen Sie die Einhaltung von Anforderungen auf Systemebene sicher, indem Sie sie während Ihres gesamten Entwicklungszyklus kontinuierlich verifizieren.

Modell eines Flaschenzugs mit Randbedingungen für die Seile in Simscape Multibody.

Neue Funktionen

Block für flexible Festkörper mit reduzierter Ordnung

Modellieren der Verformung von Körpern mit unterschiedlichen Geometrien

Kontaktkräfte

Modellieren des Kontakts zwischen bei der Simulation zusammengepressten Körpern

KinematicsSolver-Objekte

Speichern und Laden von KinematicsSolver-Objekten in MAT-Dateien

Trägheitssensor-Block

Messen der Trägheitseigenschaften einer Gruppe von starr verbundenen Elementen eines Körpers oder Messen der Trägheitseigenschaften eines gesamten Mechanismus

Unterstützung von smimport-Gelenkgrenzen

Importieren von Gelenkgrenzen von URDF- und RigidBodyTree-Modellen

Anfangsbedingungen für Riemenscheiben

Angeben des minimalen anfänglichen Umschlingungswinkels eines Seils um eine Riemenscheibe

Details zu diesen Merkmalen und den zugehörigen Funktionen finden Sie in den Versionshinweisen.

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