Simpack与Matlab/Simulink联合仿真之MatSim

精彩内容

与控制模型进行联合仿真是多体动力学软件的典型功能之一。MatSim表示把Matlab/Simulink模型导入到Simpack中进行联合仿真，其详细操作过程如下：

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仿真环境

操作系统：Windows7 64位

Simpack版本：2017版64位

Matlab版本：R2014b

编译器：VisualStudio 2012

注意：Matlab软件安装要求不带空格，如果带有空格

（例如D:\Program Files\MATLAB\R2014b）会导致编译时报错。

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仿真模型

本例仿真模型使用SimpackDocumentation文档中实例模型。点击下图“here”进行下载。该模型已经存放在当前文件夹中，可直接使用。

Simpack模型如下，包含两个质量块，其中一个通过弹簧阻尼器力元连接。

本模型使用MatSIM仿真的目的是通过Simulink控制程序导入到Simpack中实现控制，具体来说，是Simulink控制程序导入Simpack中，实现FE04弹簧阻尼器力元的作用。

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软件配置

在第一次进行MatSIM仿真之前，需要对Matlab进行配置，并安装必要的编译器。

（1）Matlab中设置Simpack路径

打开Matlab软件，点击“设置路径”按钮，在“设置路径”对话框中添加Simpack 2017安装路径下的matsim文件夹，如下图所示。点击“保存”后关闭该对话框。

（2）Matlab中设置编译器

在此步骤操作之前，确保计算机中已经安装了C语言编译器。

在Matlab命令窗口中输入mex –setup命令并设置Visual C++ 2012为C++语言编译器。

也可以使用其它编译器。

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Matlab/Simulink中导出matsim文件

（1）设置Matlab工作路径

在Matlab中设置模型文件夹中的tutorial_matsim_I\simulink_model文件夹为工作路径，这样编译生成的文件将会保存在该文件夹中。

（2）设置Simulink模型中参数值

打开simulink_model文件夹中的tutorial_matsim_start_spr_dmp_01.mdl模型，可以看到模型中定义了两个参数变量Stiffness和Damping，为了获取这两个参数值，需要在Matlab命令窗口中输入下面两条命令，定义参数值。

>> Stiffness=10

>> Damping=1

完成后，在工作区窗口显示两个变量名称和数值。

（3）Simulink求解器设置

在Simulink窗口中点击Simulation菜单下的ModelConfiguration Parameters命令或相关按钮，打开该对话框。

在Solver页面中，Type选择“Variable-step”选项，其它保持默认如下图所示。

注意：不要选择Fixed-step，否则会报如下错误。

Optimization -> Signals and Parameters页面中，勾选InlineParameters项并点击Configure …按钮，选择左侧栏参数并点击“Add to table”按钮，添加到右侧栏中。

Code Generation页面中，通过点击Browse…按钮选择matsim.tlc，为目标文件类型，其它参数保持默认如下图所示。

在MatSIM Options页面中，可以设置生成的MatSIM文件的名称，推荐使用默认设置（即与模型名称保持一致）。

进行上述设置过程中，注意保存修改。

（4）导出Simulink代码

在完成上述设置并保存后，在Configuration Parameters对话框中的Code Generation页面中，点击Build按钮，生成控制模型的代码。

完成后，在simulink_model文件夹中生成相关文件和文件夹。tutorial_matsim_start_spr_dmp_01文件夹及包含的内容为Simpack所需的文件。

以上完成在Matlab中的操作。

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在Simpack中进行MatSIM设置

（1）数据库配置

把Matlab生成的tutorial_matsim_start_spr_dmp_01文件夹复制到Simpack数据库\tutorial_matsim_I\database\mbs_db_matsim文件夹中，其目录结构如下图所示。

注意：mbs_db_matsim是关键字，MatSIM仿真必须使用mbs_db_matsim作为文件夹名称。若没有该文件夹，需要自己创建该文件夹。

（2）设置Search Path路径

在Simpack中打开main_model文件夹中的tutorial_matsim_start_01.spck模型，设置Search Path为database文件夹。

（3）创建控制传感器Sensor

创建控制传感器用来测量大地和$B_Mass_MatSIM质量块之间的位移和速度。创建一个Control Element的名称为$C_Kin_measurements

（4）创建MatSIM控制元件

创建名称为$C_MatSIM的控制元件，用于定义MatSIM控制，参数设置如下。MatSIM modelname为database\mbs_db_matsim文件夹中的tutorial_matsim_start_spr_dmp_01，点击钮选择输入。

（5）创建由控制驱动的力元

创建一个名称为$F_Spring_MatSIM的力元，作用在$B_Mass_MatSIM质量块上。其参数设置如下。

注意：第8个参数L:Drive constant L=K*(u1+u2)在2017版本及后续版本（如2018版）中设置为-1，在以前的老版本中（如9.10版本）设置为1.

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在Simpack中进行MatSIM联合仿真并查看结果

完成上述设置后，在Simpack中进行MatSIM仿真。

首先在求解器中设置仿真时间和采样频率。

进行离线时域分析，仿真完成后，打开tutorial_matsim_start_01.spf后处理文件，在Simpack后处理中查看MatSIM仿真结果，并与FE04力元进行比较。

以上完成Simpack与Matlab/Simulink之间的MatSIM联合仿真操作。

注意：Simpack 2017版MatSIM仿真官方支持的MATLAB版本有：R2011a/b, R2012a/b,R2013a/b, R2014a/b,R2015a/b以及R2016a，其它版本需要测试验证.详细信息请查阅《Simpack_2017_InstallationGuide.pdf》文档。

作者水平有限，欢迎大家一起交流。