25-12-2016

Memoria Práctica Diseño de sistemas mecatronicos

Juan Carlos Contreras Márquez MASTER DE INGENIERIA MECATRONICA

1. Construcción de un modelo físico en

SIMSCAPE. SIMSCAPE es un conjunto de bibliotecas de bloques para el modelado de sistemas físicos en el

entorno de Simulink. Emplea un enfoque de red física que se diferencia del enfoque de

modelado Simulink estándar.

Los diagramas SIMSCAPE imitan la disposición del sistema físico por lo que es más adecuado

para simular sistemas con componentes físicos reales.

Por tanto se va a crear un nuevo modelo físico en SIMSCAPE:

Paso 1: Crear un nuevo modelo usando ssc_new:

Este comando nos abre un nuevo bloque de SIMSCAPE como muestra la captura:

El nuevo modelo contiene el solucionador predeterminado “ode23t”, un bloque de

configuración Solver, un bloque convertidor Simulink-PS y un bloque convertidor PS-Simulink

conectado a un Scope.

Paso 2: montar la red física.

El sistema físico será el siguiente:

Para montar la red física, se hace uso de la foundation library de Simscape. Y dentro de la

foundation library usaremos la parte mecánica.

El modelado del sistema anterior quedara así:

Paso 3: Ajuste de Parámetros.

Los bloques insertados disponen de unos valores iniciales por defecto. Necesitamos modificar

esos parámetros para ajustarlo a nuestras necesidades.

Hacemos doble clic en el resorte y establecemos su rigidez del resorte a 400 N/m.

Hacemos doble clic en el bloque amortiguador y establecemos su coeficiente de

amortiguación a 100 N/ (m/s).

Hacemos doble clic en el bloque de masa y establecemos su masa a 3.6Kg.

Para indicar el valor inicial deseado de velocidad de masa, hacemos clic en la pestaña

variables. La variable velocidad ya tiene su prioridad especificada como High. En el

campo valor de comienzo, escribimos 10 y seleccionamos aplicar.

Al indicar que la variable velocidad tiene alta prioridad, el solucionador intentara satisfacer este

valor al principio cuando calcula las condiciones iniciales para determinar el punto de partida de

simulación.

Paso 4: Añadir fuentes.

Se pueden desarrollar modelos Simscape usando señales de entrada. Esta técnica permite

representar efectos físicos como fuerzas, tensiones o presiones que actúan en el sistema.

Por tanto vamos a agregar conexiones de entrada en la red física con el uso de bloques de la

fuente Simscape.

Paso 5: Añadir Sensores.

Para medir las cantidades de nuestra red física, usamos sensores, conectados en serie o en

paralelo en función del valor a medir. Para medir una variable tipo “Across” se conecta en

paralelo. Para medir una variable tipo “Throught” se conecta en serie.

Por tanto para medir la deformación del resorte, vamos a conectar un bloque sensor de

movimiento ideal traslacional en paralelo con el muelle.

Para ello nos vamos a la librería simscape/Foundation Library/ Mecánica/ Sensores mecánicos y

arrastramos el sensor a nuestra ventana.

Paso 6: Conectarse a Simulink con bloque de interfaz.

Son necesarios bloques de interfaz cuando las señales de Simulink especifican cantidades en una

red Simscape o al pasar cantidades Simscape a Simulink para el diseño de control u otros fines.

Cada vez que se conecta un bloque de Simulink a una red física Simscape, se tiene que utilizar el

bloque de convertidor apropiado.

Por tanto vamos a añadir el controlador, para ello abrimos la biblioteca de Simulink y

arrastramos un bloque generador de impulsos:

Y después lo configuramos con los siguientes parámetros:

También vamos a añadir de la librería de Simulink un bloque de suma (Sum) en el modelo, pero

en la lista de signos, cambiamos los dos signos de suma por uno de suma y otro de resta

(haciendo doble clic sobre el elemento).

Por ultimo también de la biblioteca de Simulink arrastramos un controlador PID (PID Controller)

en el modelo. Y lo configuramos con los datos que se muestran a continuación:

Por ultimo conectamos los bloques como se muestra en la siguiente imagen:

La señal de control Simulink va al puerto de entrada del bloque de Simulink-PS Converter, donde

se convierte en una señal física de fuerza del bloque Ideal Force Source.

El puerto de salida P del bloque del sensor Ideal Translational Motion Sensor, que mide la

deformación del resorte, se conecta al bloque PS-Simulink Converter. Este bloque convierte la

señal física en una señal de retroalimentación para el controlador.

Paso 7: Simular Modelo.

Ahora que el modelo está completo queda simularlo y obtener los resultados. Para ejecutar la

simulación, debemos pulsar el botón verde de play que está situado en la parte superior central.

Para comparar la entrada del “Pulse generator” con los datos del sensor:

Pinchamos en la línea que va desde el pulse generator hasta el sumatorio y con el botón

derecho “Create and connect viewer”/”Simulink”/”Scope”

Ahora pinchamos en la línea que va desde el “PS-Simulink Converter” hasta el sumatorio

y pulsamos botón derecho “Connect to viewer”/”scope”.

Ahora al simular nos da la siguiente gráfica:

Paso 8: Ver resultados de Simulación:

El explorador de resultados nos permite ver y analizar los datos de la simulación. Para ello:

Hacer clic en el resorte.

Seleccionar Simscape/ver los datos de simulación/simlog.

Y los resultados son:

Si ahora cambiamos la masa por una masa superior de 7.2, se ve el cambio en los resultados:

Además podemos ver la gráfica ampliada de alguna de las variables. Vamos a ver la variable

desplazamiento X.

Se puede observar que al aumentar la masa, el resorte oscila un poco más.