Документация Engee

Принципы моделирования физических систем

Физическое моделирование в Engee — это способ моделирования систем из блоков, соответствующих реальным физическим объектам, которые могут быть соединены не только математическими направленными связями, но и физическими двусторонними связями. Такой подход к созданию физических (акаузальных) моделей значительно упрощает работу с системами физических объектов, потому что исключает необходимость описания самой модели и взаимодействия между отдельными блоками системой уравнений.

Блоки библиотеки Физическое моделирование отличаются от остальных тем, что представляют собой не отдельные математические операции, а функциональные элементы физической системы: пружину, конденсатор, пневматическое сопротивление и т.д. Эти элементы взаимодействуют друг с другом путем обмена энергией через порты. Линии, соединяющие блоки, представляют собой физические соединения, которые существуют между компонентами в реальной системе, то есть провода, трубы, механические тяги и т.д.

Библиотека Физическое моделирование состоит из нескольких разделов, которые соответствуют разным предметным областям (жидкости и газы, электричество, механика, тепло и т.д.). Для улучшения удобочитаемости блок-схем каждая предметная область в Engee использует отдельный цвет для соединительных линий и значков блоков.

Типы физических элементов, которые содержатся в библиотеке Физическое моделирование можно разделить на две категории:

  • Активные элементы — доставляют энергию в систему. Должны быть ориентированы строго в соответствии с направлением действия или функцией, которую они должны выполнять в системе, например источники силы и скорости, источники расхода и давления и т.д.

  • Пассивные элементы — рассеивают или накапливают энергию. Могут быть ориентированы в любом направлении, например амортизаторы, резисторы, пружины, трубопроводы и т.д.

Порты и переменные

Типы портов

  • Ненаправленные порты блоков представляют собой физические связи между блоками. Эти порты обозначаются квадратами и соединяются линиями так, как они были бы связаны в реальной физической системе. В модели физическая связь выражается в обмене энергией через ненаправленные порты блоков.

    principles physmod modeling 1

    Количество ненаправленных портов для каждого блока определяется количеством потоков энергии, которыми он обменивается с другими элементами в системе. Например, в отличие от обычного резистора, у терморезистора (Thermal Resistor) появляется дополнительный температурный порт, сопротивление которого меняется в зависимости от температуры.

    principles physmod modeling 2

    Если все порты блока принадлежат одной и той же предметной области, то весь значок блока имеет цвет этой области. Если блок имеет несколько типов портов, например Rotational Mechanical Converter (IL), то соответствующие части значка блока приобретают стили и цвета линий, зависящие от предметной области.

    rotation mechanical converter (il)

    Блоки разных предметных областей можно использовать в одной модели, но соединить их можно только если порты принадлежат к одной предметной области (имеют одинаковый цвет).

    line colors 01

  • Направленные порты передают математическое значение величин в виде скаляра, вектора или матрицы между блоками. Эти порты обозначаются стрелкой, имеют направление, источник и приемник. Используются в схемах как входные порты для задания показания источника или выходные порты для снятия показаний датчика. С ними могут быть связаны блоки базовой библиотеки.

    principles physmod modeling 3

Типы переменных

  • Потоковые — измеряются в одной точке (датчик подключен последовательно к элементу).

  • Разностные — выражаются как разности и измеряются в двух пространственно-различных точках (датчик подключен параллельно к элементу).

Физическая область Библиотека Продольные переменные Поперечные переменные

Пневматика

Газовые

Массовый расход и расход энергии

Абсолютное давление и температура

Вращательное движение

Механические / вращательные

Момент

Угловая скорость

Поступательное движение

Механические / поступательные

Сила

Линейная скорость

Термодинамика

Тепловые

Тепловой поток

Температура

Электричество

Электрические

Ток

Напряжение

Каждая переменная характеризуется своей величиной и знаком. Одна и та же переменная может быть положительной или отрицательной, в зависимости от полярности датчика.