MATLAB 和 Simulink 在机械工程中的应用

理论与实践相结合

MATLAB 与 Simulink 为研究和设计机械与航空航天工程中的各种系统提供分析、数值及应用工具。它们解决基本工程问题的实用工作流程以及在行业中的广泛采用,使学术界能够将基本的工程问题解决能力转化为复杂系统的应用工程解决方案。

从学界到业界

增强的教学平台

MATLAB 和 Simulink 提供各种教学工作流,以便于讲授基础和高级课程。

讲授基本概念

MATLAB 和 Simulink 让教育工作者能够专注于讲授机械工程中的基础主题和概念。Symbolic Math Toolbox 能够呈现和推理系统与现象的理论描述,便于学生超越简单典型系统的理论理解。学生可以通过使用 MATLAB 在数值分析方面和 Simulink 在建模与仿真方面的扩展功能来研究和分析各种系统。

资源

汽车的受力分析图,包括与车辆质量相关的力,以及悬架的弹簧和阻尼的累积效应。

工程系统的准备工作和实践

MATLAB、Simulink 和超出 100 个附加产品提供了一个平台,用于分析复杂的真实系统,并设计各行各业的产品和服务。学生对这些产品的熟悉掌握和专业知识可直接转换为所需的行业能力和经验。

资源

 代表航空航天与国防到医疗设备的各个行业的图标。

物理建模

物理建模的基本方法

机械工程师采用全面的建模方法范围,考虑各个因素,例如对基本物理原理的依赖、可用的系统行为数据以及所需的模型保真度。他们使用 MATLAB 和 Simulink 基于第一性原理开发模型,利用适用于连续系统、离散系统和事件驱动系统的高级求解器。这些产品还提供了扩展功能以集成来自多个数据源的模型和组件。工程师可以将数据驱动的方法用于系统辨识统计分析以及机器学习深度学习应用。

特色课程

Simscape 助力机械工程师

使用 Simscape,机械工程师可以基于物理组件及其物理连接网络对系统进行建模。他们可以使用多个领域的模块对多物理场系统进行建模,包括机械(多体旋转和平移)、热和流体电子、机电一体化以及储能(电池)等。Simscape 提供包含各种保真度级别的预置组件的综合库。工程师可以根据定义其行为的隐式方程添加新组件。借助从多体系统的三维可视化到主要变量和派生变量的记录或绘图,Simscape 为机械工程师更好地理解和分析物理系统提供了便利。

特色课程

使用 Simulink(模块图)和 Simscape(示意图/物理网络)实现的弹簧-质量-阻尼系统的比较。

物理与数据相结合

MATLAB 和 Simulink 共同提供了统一平台,可将数据和物理相结合进行复杂物理系统建模。工程师可以执行参数估计,以调节具有未知参数的系统响应,使其匹配物理系统行为。他们可以构建降阶模型 (ROM),以在系统级设计中处理来自试验或高保真仿真的大量数据,创建虚拟传感器,或加速控制和测试过程。使用科学机器学习 (SciML) 方法,例如物理信息神经网络,工程师可以在数据驱动的方法中运用物理定律,从而提高模型准确度和泛化能力。

特色课程

反馈控制系统的 Simulink 模型,其中高保真系统的降阶模型表示被控对象模型。

扩展的工作流

全面的工程设计与实现

MATLAB 和 Simulink 通过基于模型的设计基于模型的系统工程 (MBSE) 支持产品和服务工程设计及实现的各个步骤。数字线索贯穿整个设计生命周期。它涵盖捕获利益相关方需求、设计系统架构、子系统和组件。此外,它还涉及实现硬件和软件,以及通过测试进行验证和确认。

特色课程

优化以改善设计

MATLAB 和 Simulink 提供广泛的功能集,可用于求解微分和代数方程组,以及经典和高级优化方法。工程师还可以使用各种工具进行试验设计并行计算,以助力复杂系统的设计。

特色课程

连接其他工具和环境

工程师可以使 MATLAB 对接编程语言,例如 C/C++、Java®、Python® 和 Fortran®。他们还可以将 MATLAB、C/C++、Fortran 和 Python 代码直接引入 Simulink 中。通过 S-Function 和 FMU 接口可支持 Simulink 与第三方工具的联合仿真。工程师可以将 MATLAB 和 Simulink 应用程序以可执行程序、App、FMU 和软件组件等形式部署到其他环境。

特色课程

硬件集成

在 MATLAB 和 Simulink 中,自动代码生成确保从软件建模、仿真和测试到硬件集成实现可靠且可重复的过渡。机械工程师可以快速构建原型,支持广泛的微控制器、测试板、可编程芯片(FPGA、SoC 和 ASIC)、处理单元(CPU、GPU)、嵌入式系统、PLC 和实时目标机。他们可以平稳地从模型在环 (MIL) 过渡为硬件在环 (HIL) 及其变化形式,以进行验证和确认。

为了从硬件捕获数据,测试和测量工具箱支持与测量设备和传感器的连接。支持多种仪器协议(I2C、SPI 与蓝牙 SPP)和工业通信协议(OPC UA、Modbus 及 MQTT)。

特色课程