Simscape Multibody

多体机械系统的建模和仿真

 

Simscape Multibody™(前身为 SimMechanics™)提供了适用于 3D 机械系统(例如机器人、汽车悬架、建筑设备和飞机起落架)的多体仿真环境。您可以使用表示刚体、关节、约束、力元件和传感器的模块对多体系统进行建模。Simscape Multibody 会建立整个机械系统的运动方程并进行求解。您可将完整的 CAD 装配件(包括质量、惯性、关节、约束和 3D 几何结构)导入到模型。您可在自动生成的 3D 动画中查看系统动态。

Simscape Multibody 可帮助您开发控制系统并测试系统级性能。您可以使用 MATLAB® 变量和表达式对模型进行参数赋值,在 Simulink® 中设计多体系统的控制算法。您可以利用 Simscape™ 产品系列中的组件,将液压系统、电气系统、气动系统和其他物理系统集成到模型中。为了将模型部署到其他仿真环境,比如硬件在环 (HIL) 系统,Simscape Multibody 还支持生成 C 代码。

快速入门:

自定义 3D 结构仿真

创建任何 3D 结构的多体模型。

刚性和柔性 3D 部件

使用参数化的 3D 几何结构或 CAD 数据定义刚性和柔性部件。在 MATLAB 中创建二维轮廓,并将其沿直线拉伸或绕轴旋转。指定材料属性或通过有限元软件导入属性。

关节关节和约束

使用关节关节连接部件以定义自由度。在设计中包括通过电缆连接的齿条和小齿轮、锥齿轮和滑轮。使用自定义运动学行为对过山车、直线输送机和类似系统进行建模。

接触力

对 3D 部件之间的碰撞和摩擦力进行建模添加自定义的空气动力和流体动力。包含空间系统的重力。

机器人的脚与地板之间的接触力包括碰撞力和摩擦力。

集成电气、液压和气动系统

使用 Simscape 系列产品在单一环境中对整个多域系统进行建模。

包括作动系统

将电气、液压、气动和其他系统直接连接到 3D 机械模型。为您的应用场景评估作动器技术,并确定满足性能要求所需的作动器尺寸和功率。

设计控制算法

使用高级线性化和自动控制调整技术实施复杂的控制策略。快速找到满足鲁棒性和响应时间目标的控制器增益。测试软件的实现情况以评估系统性能。

副翼的控制系统跟踪指令角度。

促成设计团队的合作

利用整个系统的可执行规范,让软件工程师和硬件设计师在设计流程早期便可开展协作。使用仿真探索整个设计空间。

控制逻辑用于协调机械臂和两个传送带,以运送和重定位包裹。

使用 MATLAB 创建完全参数化的模型

快速浏览您的设计空间并优化需求,以缩短开发周期。

快速浏览设计空间

自动更改设计参数,例如长度、半径、质量和电压。快速并行运行测试,以确定设计空间中可行的部分并集中精力进行开发。

优化算法会调整链长度,直到末端遵循所需的轨迹。

提炼需求

在开发过程早期,使用具有基本参数的抽象模型来测试设计。计算未知量以创建详细规范。使用动态仿真以较少的迭代完成机械设计。

在 CAD 中执行详细设计之前,会先对抽象设计进行调整。

提高模型重用率

开发为模型用户提供关键参数的模型库。只需改变参数,即可将通用作动器模型重用到多个特定于产品的设计中。利用一套跨越多个产品线的核心仿真模型提高企业效率。

已参数化的通用液压作动器,用于对三个特定作动器进行建模。

从 CAD 软件导入

自动转换 CAD 设计以创建系统的数字孪生。

导入包含关节关节的装配件

整个 CAD 装配件都会自动转换为 Simscape 模型,其中包括所有具有质量、惯性和颜色以及配对与关节关节连接的部件。可将对现有 CAD 部件的更新合并到 Simscape 模型。

用于在 Simscape 中重用 CAD 部件和装配件的选项。

读取本地 CAD 数据

通过直接从 CATIA®、Creo™, Inventor®、NX™、Solid Edge®、SolidWorks® 和 Parasolid® 引用文件来定义部件。 还可以通过引用 3D 建模的文件格式(例如 STEP®、STL、SAT 或 JT)指定部件。

为 Simscape 模型中要使用的各个部件直接引用 CAD 文件。

在 3D 中编辑

使用 3D 界面定义和调整部件上的框架。以图形方式选择顶点、边缘、表面或体积,以定义可用于传感、关节连接和施力之框架的位置和方向。

使用 Simscape Multibody 中的 3D 界面将连接点添加到部件。

容错性

通过在故障条件下验证设计,最大限度地减少损耗、设备停机时间和成本。

创建稳健的设计

指定组件的失效标准,包括时间、负载或基于温度的条件。对轮齿磨损或轴承摩擦力增大等降级的组件行为进行建模。自动将模型配置为在故障条件下高效验证设计。

由于作用力超过了关节的上限,两个部件之间的连接断开。

执行预测性维护

生成数据以训练预测性维护算法。在常见和罕见场景下使用虚拟测试验证算法。确保正好在正确的间隔执行维护,减少停机时间和设备成本。

具有泄漏、阻塞和轴承故障的三缸往复泵模型,用于开发可检测各种故障组合的多分类器。

最小化损耗

计算机械组件消耗的功率。确认组件在其安全运行范围内运行。仿真特定事件和一系列测试场景,然后在 MATLAB 中对结果进行后处理。

具有齿面摩擦和轴承功率损耗的蜗杆齿轮。

动画模拟机构并分析结果

使用仿真结果的 3D 动画分析您的机构的行为。

动画模拟仿真结果

使用为您的模型自动生成的 3D 可视化结果和仿真结果的动画来分析系统。同时从多个角度查看动画并导出视频文件。

在 3D 模式下浏览机构

在 3D 界面中浏览机构,然后导航至示意图以验证模型结构并检查绘制的结果。定义静态或移动视点,以查看来自自定义参考系的仿真结果。

浏览机制行为、装配件定义和仿真结果。

计算所需的负载

执行不同类型的分析,包括正向动力学、逆向动力学、正向运动学和逆向运动学。计算产生所需运动需要的力或扭矩,即使执行机构和运动的自由度不匹配。

模型部署

将模型用于整个开发流程,包括测试嵌入式控制器。

测试无需硬件原型

将您的 Simscape Multibody 模型转换成 C 代码,以便使用硬件在环测试在 dSPACE®、Speedgoat、OPAL-RT 和其他实时系统上测试嵌入式控制算法。通过使用产品化系统的数字孪生配置测试来执行虚拟调试。

通过并行仿真加速优化

将 Simscape Multibody 模型转换为 C 代码以加速仿真。通过将仿真部署到单台机器上的多个核、计算集群上的多台机器或云环境来并行运行测试。

使用并行计算为实现最低功耗而优化机器人路径。

与其他团队协作

对包含整个 Simscape 产品系列中提供的高级组件和功能的模型进行调节和仿真,而不需要购买每个 Simscape 附加产品的许可证。将受保护的模型分享给外部团队,避免泄露 IP。

Simscape Multibody 模型可以共享给尚未购买这些产品的其他人。

MATLAB 和 Simulink

通过在完整系统模型上自动执行任务,更快地优化设计。

使用 MATLAB 自动执行任何任务

使用 MATLAB 自动执行任何任务,包括模型构建、参数化、测试、数据采集和后处理。为常用任务创建应用,提升整个工程团队的效率。

在 Simscape Multibody 中使用 MATLAB 命令构建的钟摆模型。

优化系统设计

使用 Simulink 在单一环境中集成控制算法、硬件设计和信号处理。应用优化算法为您的系统寻找最佳整体设计。

缩短开发周期

使用测试和验证工具减少设计迭代次数,以确保需求的完整性和一致性。通过在整个开发周期持续验证,确保达到系统级需求。

Simscape Multibody 中使用线缆约束的滑轮组模型。

最新特性

降阶柔性实体模块

对各种几何体变形建模

接触力

对仿真期间的物体间接触建模

KinematicsSolver 对象

在 MAT 文件中保存并加载 KinematicsSolver 对象

惯性传感器模块

测量一组刚性连接体元素或整个机械的惯性属性

smimport 联结限制支持

导入 URDF 和 RigidBodyTree 模型的联结限制

滑轮初始条件

指定滑轮绕线的最小初始包角

关于这些特性和相应函数的详细信息,请参阅发行说明

무료 평가판 받기

30일 동안 사용해 보세요.

다운로드

구매하기

제품별 가격을 확인하세요.

학생이세요?

학생용 MATLAB 및 Simulink를 확인하세요.

자세히 보기