Pasos esenciales para construir un modelo físico
R2026bVisión general del flujo de trabajo
La tabla enumera los principales pasos esenciales para crear y simular un modelo físico, junto con temas de documentación relacionados que proporcionan información general sobre cada paso. A continuación, figuran las descripciones detalladas de los pasos.
La figura ilustra los pasos principales del flujo de trabajo como se aplican al modelo de ejemplo Sistema modelo de masa-resorte-amortiguador con controlador. Las siguientes descripciones de los pasos incluyen instrucciones detalladas sobre cómo crear este modelo.
Paso 1: Crear un modelo nuevo usando sscnew
El uso de sscnew es la mejor manera de comenzar a crear modelos de Simscape™. Ayuda a garantizar que se usa la configuración predeterminada recomendada en el modelo. Cuando se usa sscnew, automáticamente:
Se crea un nuevo modelo de Simscape con los bloques necesarios más utilizados, disponibles en el área de diseño del modelo
Se selecciona la configuración recomendada del solver y de la tolerancia
Se activa el registro de datos para el modelo entero
En la ventana de comandos de MATLAB®, introduzca:
sscnew
El nuevo modelo sin título, con el solver predeterminado establecido en VariableStepAuto, contiene un bloque Solver Configuration, un bloque Simulink-PS Converter y un bloque PS-Simulink Converter conectados a un bloque Scope.
La sección de recursos ubicada en la parte inferior de la ventana del modelo proporciona enlaces a las bibliotecas de bloques pertinentes y a los temas de documentación.
Paso 2: Construir una red física
Para modelar el sistema, añada bloques de las bibliotecas de Simscape a un modelo y, luego, conéctelos a una red física. Las líneas que conectan los bloques en el esquema que ha creado representan las conexiones físicas que existen entre los componentes en un sistema real que está modelando. Es decir, los diagramas de Simscape imitan el diseño del sistema físico.
Cuando se construye la red, es importante incluir bloques de referencia específicos del dominio, como Electrical Reference, Mechanical Translational Reference, etc. En función del dominio, estos bloques representan la conexión a tierra, a una estructura o a la atmósfera. Para obtener más información, consulte Reglas de puesta a tierra.
Abra la biblioteca de Simscape > Foundation Library > Mechanical > Translational Elements.
Arrastre el bloque Mass, Translational Spring, Translational Damper y los bloques Mechanical Translational Reference a la ventana del modelo.
Conecte los bloques Translational Spring, Translational Damper y Mass al bloque Mechanical Translational Reference, como se muestra en la siguiente ilustración. Para girar el bloque, selecciónelo y presione Ctrl+R.
Para ajustar la presentación visual del modelo, acorte los nombres de los bloques Spring y Damper, como se muestra. Para que aparezca el nombre del bloque Mass junto con los bloques Spring y Damper, seleccione el bloque Mass y, en la barra de herramientas del modelo, seleccione Simscape Block > Auto Name > Name On.
Paso 3: Ajustar objetivos de parámetros y variables de bloques
Los bloques de Simscape representan componentes genéricos que tienen valores iniciales predeterminados para los parámetros y variables de bloques. Puede ajustar estos valores para usarlos en su aplicación o para que coincidan con la ficha técnica del fabricante.
Para ver y modificar los objetivos de inicialización y valores de parámetros de las variables de un bloque, haga doble clic en el bloque para que se abra el cuadro de diálogo. Utilice la pestaña Settings.
Para la mayoría de los bloques de Simscape, el cuadro de diálogo del bloque contiene la misma información y tiene el mismo diseño que el bloque Property Inspector. De forma predeterminada, cuando se cambia un valor en Property Inspector, se aplica inmediatamente el valor nuevo. Para un mejor control, se recomienda desactivar la casilla Auto Apply situada en la esquina superior derecha del cuadro de diálogo para activar los botones Reset y Apply. Esto resulta especialmente útil cuando se trabaja con bloques complejos, donde se cambian múltiples parámetros a la vez. Cambie los valores del parámetro para que coincidan con la ficha técnica del fabricante, revise el conjunto entero y, luego, haga clic en Apply. La desactivación de la casilla Auto Apply persiste durante toda la sesión de MATLAB.
Para ver la descripción de un bloque, haga clic en la pestaña Description en el cuadro de diálogo del bloque. Esta pestaña también contiene el enlace Source code. Haga clic en este enlace para abrir el archivo de origen de Simscape de este bloque en el editor de MATLAB.
Si un bloque no tiene parámetros o variables objetivo que se puedan establecer, el cuadro de diálogo no tiene una pestaña Settings, solo una pestaña Description.
Para ver la documentación de un bloque, haga clic en el botón del signo de interrogación 
situado en la esquina superior derecha del cuadro de diálogo del bloque.
En este modelo, ajustará los parámetros que controlan la masa, la rigidez del resorte y el coeficiente de amortiguación. También especificará la velocidad inicial de la masa ajustando la variable respectiva objetivo.
Haga doble clic en el bloque Spring. Desactive la casilla Auto Apply. Establezca Spring rate en
400 N/my haga clic en Apply.
Haga doble clic en el bloque Damper. Establezca Damping coefficient en
100 N/(m/s).
Haga doble clic en el bloque Mass. Establezca Mass en
3.6 kg.
Para especificar el valor inicial deseado para la velocidad de masa, en la sección Initial Targets, amplíe Velocity. La variable ya tiene su Priority especificada como
High, lo que significa que el solver intentará satisfacer exactamente este valor inicial cuando calcule las condiciones iniciales para determinar el punto de partida de la simulación. Seleccione la casilla Velocity. En el campo Value, escriba10y, luego, haga clic en Apply.
Paso 4: Añadir fuentes
Puede impulsar modelos de Simscape usando señales de entrada. Esta técnica permite representar efectos físicos, como fuerzas, tensiones o presiones, que actúan sobre el sistema. También puede especificar otras cantidades que fluyen a través del sistema, como corriente, caudal másico y flujo de calor. Puede añadir conexiones de entrada de señales a la red física utilizando bloques fuente de Simscape.
Para añadir la representación de la fuerza que actúa sobre la masa, use el bloque Ideal Force Source.
Abra la biblioteca de Simscape > Foundation Library > Mechanical > Mechanical Sources.
Añada el bloque Ideal Force Source al diagrama. Acorte el nombre del bloque, como se muestra.
Para reflejar la dirección correcta de la fuerza como muestra el esquema original, invierta la orientación del bloque. Con el bloque Force Source seleccionado, en la pestaña Format de la barra de herramientas de Simulink®, en Arrange, haga clic en Flip up-down.
Copie el bloque Mechanical Translational Reference haciendo clic con el botón secundario y arrastrándolo a una nueva ubicación. Luego, invierta la orientación del bloque nuevo usando la misma técnica que con el bloque Force Source.
Conecte el puerto C del bloque Force Source a este segundo bloque Mechanical Translational Reference y el puerto R al bloque Mass, como se muestra a continuación.
La señal de entrada para el perfil de fuerza se suministrará a través del puerto S, después de conectar la red física a una fuente de Simulink (consulte Paso 6: Conectarse a Simulink con bloques de interacción). Una señal positiva en el puerto S especificará una fuerza que actúa desde el puerto C hasta el puerto R.
Paso 5: Añadir sensores
Puede medir las cantidades de su red física y utilizarlas en otras partes del modelo. Algunos usos habituales de estas cantidades incluyen retroalimentación para un algoritmo de control, el modelado de componentes físicos cuyo comportamiento depende de otras magnitudes físicas (como una resistencia dependiente de la temperatura) o simplemente la visualización de los resultados durante la simulación.
Puede medir cantidades usando bloques de sensor, conectados en serie o en paralelo en función del valor medido. Para medir una cantidad definida por una variable Through (como corriente, caudal, fuerza), conecte el sensor en serie. Para medir una cantidad definida por una variable Across (como tensión, presión, velocidad), conecte el sensor en paralelo. Para obtener más información sobre las variables Through y Across, consulte Tipos de variables.
Para medir la deformación del resorte, conecte un bloque Ideal Translational Motion Sensor en paralelo con el resorte.
Abra la biblioteca de Simscape > Foundation Library > Mechanical > Mechanical Sensors.
Añada el bloque Ideal Translational Motion Sensor al diagrama.
Para girar el bloque, selecciónelo y presione Ctrl+R.
Conecte el bloque como se muestra en la siguiente ilustración. Acorte el nombre del bloque, como se muestra.
Paso 6: Conectarse a Simulink con bloques de interacción
Las ecuaciones de una red de Simscape se resuelven simultáneamente, mientras que los bloques de Simulink se evalúan secuencialmente. Los bloques de interacción, como Simulink-PS Converter y PS-Simulink Converter, gestionan el límite entre estas dos convenciones de modelado. Se necesitan bloques de interacción cuando las señales de Simulink especifican cantidades en una red de Simscape o cuando se pasan cantidades de Simscape a Simulink para el diseño de control u otros fines. Cada vez que conecta un bloque de Simulink a una red física de Simscape, debe usar un bloque de conversión adecuado.
Ahora va a conectar la red física a un controlador creado a partir de bloques de Simulink regulares. En primer lugar, prepare la red física para conectarla a las señales de Simulink:
Elimine el bloque Scope.
Aunque puede usar scopes para ver los resultados de la simulación, los scopes sobrecargan el diagrama de bloques. Una forma más eficiente de ver y analizar los resultados de una simulación es usar Results Explorer de Simscape, como se describe en Paso 8: Ver los resultados de la simulación.
Conecte el puerto de salida de señal física del bloque Simulink-PS Converter al puerto S del bloque Force Source.
Conecte el puerto de salida P del bloque Motion Sensor al puerto de entrada de señal física del bloque PS-Simulink Converter.
Conecte el bloque Solver Configuration al circuito y oculte los nombres de los bloques de conversión. Su diagrama presenta este aspecto ahora.
Luego, cree y conecte el controlador:
Abra la biblioteca de Simulink > Sources y arrastre el bloque Pulse Generator al modelo. Cambie el nombre del bloque a Position Command. Establezca los parámetros de bloque como se muestra.
Abra la biblioteca de Simulink > Math Operations y arrastre el bloque Sum al modelo. En la lista List of signs, reemplace el segundo signo más por un signo menos, como se muestra.
Abra la biblioteca de Simulink > Continuous y arrastre el bloque PID Controller al modelo. Establezca los valores de los parámetros Proportional (P), Integral (I) y Derivative (D) como se muestra.
Conecte los bloques como se muestra en el siguiente diagrama.
El control de la señal de Simulink va hacia el puerto de entrada del bloque Simulink-PS Converter, donde se convierte a una señal física que impulsa el perfil de la fuerza del bloque Ideal Force Source.
El puerto de salida P del bloque 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 de Simulink para el controlador.
Para comparar las señales de entrada y de retroalimentación, conéctelas a un visor de señales:
Haga clic con el botón secundario en la señal de Simulink que va del bloque Pulse Generator al bloque Sum. Desde el menú contextual, seleccione el botón Add Viewer
.Luego, haga clic con el botón secundario en la señal de Simulink que va del bloque PS-Simulink Converter al bloque Sum. Desde el menú contextual, seleccione el botón Add Viewer
.
Paso 7: Simular un modelo
Puede ejecutar simulaciones haciendo clic en el botón Run 
en la barra de herramientas de Simulink (en la parte superior de la ventana del modelo) o en una barra de herramientas de Scope Viewer. El solver de Simscape evalúa el modelo, calcula las condiciones iniciales y ejecuta la simulación. Para una descripción detallada de este proceso, consulte How Simscape Simulation Works. El mensaje que aparece en la esquina inferior izquierda de la ventana del modelo indica la actualización del estado.
Para ejecutar la simulación, haga clic en en la barra de herramientas de Simulink.
Scope Viewer muestra gráficas superpuestas de las señales de entrada y de retroalimentación.
Paso 8: Ver los resultados de la simulación
Results Explorer de Simscape permite ver y analizar los datos de la simulación utilizando la funcionalidad del registro de datos. Por ejemplo, puede comparar las ejecuciones de dos simulaciones para analizar cómo afecta cambiar la masa a la deformación del resorte.
Seleccione el bloque Spring.
En la barra de herramientas del modelo, seleccione Simscape Block > Results Explorer.
La ventana del Results Explorer de Simscape se abre con el nodo correspondiente al bloque Spring destacado en el panel izquierdo. El panel derecho muestra gráficas de los datos de la simulación para las tres variables asociadas al bloque.
En el nodo
Spring, seleccione el nodox. En el panel derecho, aparecen los datos de deformación del resorte representados a lo largo del tiempo.
Haga doble clic en el bloque Mass. Establezca Mass en
7.2 kg.Vuelva a ejecutar la simulación.
Para volver a cargar los datos registrados, haga clic en el botón Import Data situado en la barra de herramientas de la ventana de Results Explorer de Simscape. En la ventana emergente que ilustra el nombre de la variable, haga clic en OK.
Notas
Para que los datos se vuelvan a cargar automáticamente después de cada ejecución de una simulación, en el cuadro de diálogo Configuration Parameters, en el panel de Simscape, seleccione la casilla Open viewer after simulation.
Para analizar los resultados de la simulación lado a lado, en dos ventanas separadas del Results Explorer de Simscape, haga clic en el botón Linked después de la primera ejecución de la simulación para desvincular la primera ventana del explorador. Para obtener más información, consulte Simscape Results Explorer.
Consulte también
sscnew | Simscape
Results Explorer
