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 Преобразователь во вращательное движение (ИЖ), 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.