Crear componentes personalizados y bibliotecas

En este ejemplo se muestra un modelo de flujo de aire húmedo en un sistema de climatización (calefacción, ventilación y aire acondicionado) de un vehículo. La cabina del vehículo está representada como un volumen de aire húmedo que intercambia calor con el ambiente exterior. El aire húmedo fluye a través de una compuerta de recirculación, un ventilador, un evaporador, una puerta de mezcla y un calentador antes de regresar a la cabina. La compuerta de recirculación selecciona la entrada de flujo desde de la cabina o desde el ambiente exterior. La puerta de mezcla desvía el flujo alrededor del calentador para controlar la temperatura.

En este ejemplo se muestra un modelo de sistema de acondicionamiento de aire (ECS) de una aeronave, que regula la presión, la temperatura, la humedad y el ozono (O3) para mantener un ambiente cómodo y seguro en la cabina. El turborrefrigerador equipado (ACM) se encarga de la refrigeración y la deshumidificación. Funciona como un ciclo de Brayton inverso para eliminar el calor del aire extraído de motores calientes y presurizados. Parte del aire caliente extraído se mezcla directamente con la salida del ACM para ajustar la temperatura. La válvula de salida de la cabina mantiene la presurización. Este modelo simula la transición del ECS de una condición caliente en tierra a una condición fría en crucero y, vuelta a una condición fría en tierra.

En este ejemplo se muestra cómo crear un modelo de pilas de combustible con membrana de intercambio protónico (PEM) con un bloque de Simscape™ personalizado. La pila de combustible con PEM genera energía eléctrica consumiendo hidrógeno y oxígeno, y produciendo vapor de agua. El bloque personalizado representa el conjunto membrana electrodo (MEA) y está conectado a dos redes independientes de aire húmedo: una para el flujo de gas del ánodo y otra para el flujo de gas del cátodo.

En este ejemplo se muestra cómo crear un modelo de un electrolizador de agua con membrana de intercambio protónico (PEM) con un bloque de Simscape™ personalizado. El electrolizador con PEM consume energía eléctrica para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno. El bloque personalizado representa el conjunto membrana electrodo (MEA) y está conectado a una red de líquidos térmicos y a dos redes independientes de aire húmedo: la red de líquidos térmicos modela el suministro de agua, la red de aire húmedo del ánodo modela el flujo de oxígeno y la red de aire húmedo del cátodo modela el flujo de hidrógeno.

En este ejemplo se muestra cómo usar la biblioteca de ejemplos de Simscape™ Capacitors_lib. El modelo se construye con componentes de la biblioteca de ejemplos. El circuito carga un ultracondensador a partir de una fuente de corriente constante de 0,05 amperios y, luego, suministra un impulso de corriente a una carga. El ultracondensador permite suministrar una corriente mucho mayor que la que se puede obtener directamente de la fuente de corriente. La biblioteca contiene modelos de condensadores con diferentes niveles de fidelidad para permitir la exploración del efecto de las pérdidas y la no linealidad.

En este ejemplo se muestra un modelo de línea de transmisión de parámetros combinados. Se construye a partir de un componente de Simscape™ personalizado que define un solo segmento de sección en T. El modelo concatena 50 segmentos de 0,1 m de longitud cada uno, modelando así un cable coaxial de 5 m de longitud. Se puede observar el retraso de transmisión en los resultados de la simulación.

En este ejemplo se muestra cómo crear un modelo de un sistema de refrigeración de motores básico utilizando bloques Thermal Liquid personalizados. Una bomba de desplazamiento fijo dirige el flujo de agua a través del circuito de refrigeración. El refrigerante del agua absorbe el calor del motor, que se disipa a través del radiador. El termostato, que desvía el flujo hacia el radiador solo cuando la temperatura es superior al umbral, regula la temperatura del sistema.

En este ejemplo se muestra una unidad de potencia auxiliar (APU) de una turbina de gas basada en el ciclo Brayton. Los bloques Compressor y Turbine son componentes personalizados basados en la biblioteca Foundation > Gas de Simscape™. La entrada de energía al sistema está representada por la inyección de calor a la cámara de combustión; la química de combustión real no se muestra en el modelo. Un eje simple conecta el compresor con la turbina, de manera que la potencia de la turbina acciona el compresor. La APU es una turbina libre que expande aún más el flujo de escape para producir energía de salida.

En este ejemplo se muestra un modelo de turbina de vapor basada en el ciclo Rankine. El ciclo incluye sobrecalentamiento y recalentamiento para evitar la condensación en la turbina de alta presión y en la turbina de baja presión, respectivamente. El ciclo también tiene regeneración pasando el vapor extraído a través de calentadores de agua cerrados para calentar el agua y mejorar la eficiencia del ciclo.

Use the Simscape™ example library ElectroChem_lib. In the model Fe3+ ions are reduced to Fe2+, and Pb is oxidized to Pb2+, thereby releasing chemical energy. The molar flow rate of lead ions is half that of the iron ions as two electrons are exchanged when Pb is oxidized to Pb2+. The chemical potential of the Pb source is by convention zero as it is a solid.

En este ejemplo se muestra cómo crear un modelo de celda de una batería de ácido-plomo utilizando el lenguaje de Simscape™ para implementar las ecuaciones no lineales de los componentes de un circuito equivalente. Es más fácil comprender la conexión entre los componentes del modelo y las ecuaciones físicas de definición de este modo, que modelándolo completamente en Simulink®. Para las ecuaciones de definición y su validación, consulte Jackey, R. "A Simple, Effective Lead-Acid Battery Modeling Process for Electrical System Component Selection", SAE World Congress & Exhibition, abril de 2007, ref. 2007-01-0778.

En este ejemplo se muestra cómo crear un modelo de una celda de litio utilizando el lenguaje de Simscape™ para implementar los elementos del modelo de un circuito equivalente con una rama de resistencia y capacidad. Para las ecuaciones de definición y su validación, consulte T. Huria, M. Ceraolo, J. Gazzarri, R. Jackey. "High Fidelity Electrical Model with Thermal Dependence for Characterization and Simulation of High Power Lithium Battery Cells", IEEE International Electric Vehicle Conference (IEEE), marzo de 2012.

Este ejemplo muestra cómo crear un modelo de una batería de litio utilizando el lenguaje de Simscape™ para implementar los elementos del modelo de un circuito equivalente con dos ramas de resistencia y capacidad. Para las ecuaciones de definición y su validación, consulte T. Huria, M. Ceraolo, J. Gazzarri, R. Jackey. "High Fidelity Electrical Model with Thermal Dependence for Characterization and Simulation of High Power Lithium Battery Cells", IEEE International Electric Vehicle Conference (IEEE), marzo de 2012.

Este ejemplo muestra cómo simular un paquete de baterías que consta de varias series de células conectadas. También muestra cómo puede introducir un fallo en una de las células para ver el impacto en el rendimiento de la batería y en la temperatura de las células. El paquete de baterías se modela en lenguaje de Simscape™ conectando los modelos de las células en serie utilizando arreglos. Puede representar el fallo definiendo diferentes parámetros para la célula con fallo.

Use Simscape™ to model a variable transport delay. The Transport Delay block models signal propagation through media moving between the Input and the Output terminals. The media velocity may vary, thus it is specified through the block port. The distance between the terminals as well as the initial output are constant and they are specified as block parameters.

How the Simscape™ Foundation Library PS Asynchronous Sample & Hold block can be used to build components with more complex behaviors. The model implements a controllable PWM voltage source where the PWM on-time (the duty cycle) is proportional to the physical signal input u.

How the discrete-time Simscape™ Foundation Library PS Counter block can be used to build components with more complex behaviors. The model implements a controllable PWM voltage source where the PWM on-time (the duty cycle) is proportional to the physical signal input u.

Model a controlled actuator using simplified custom pneumatic components. There are two across variables, defined as pressure and temperature, and two through variables, defined as mass flow rate and heat flow rate. The simplified approach means that every node in the circuit must have a volume of gas associated with it. This physical volume of gas in the circuit is represented by the Constant Volume Pneumatic Chamber blocks, the Pneumatic Piston Chamber blocks, and the Pneumatic Atmospheric Reference block. Conversely, the Foundation Library gas components require no such connection rules at every node. See the Circuito con accionamiento neumático example for a more capable way of modeling pneumatic systems using Foundation Library gas components.

Este ejemplo muestra cómo escribir funciones de Simscape™ para calcular valores numéricos con expresiones de Simscape y cómo utilizar funciones de Simscape para mejorar la reutilización de código en los componentes. Los dos bloques de componentes de Simscape superiores (dentro del cuadro "Use no Simscape functions") se crean utilizando en cada caso dos archivos de componentes de Simscape. Comparando estos dos archivos de componentes, se pueden observar expresiones de Simscape similares en la parte derecha de la ecuación para calcular valores numéricos, lo que es esencialmente una modificación de exp(i) para proporcionar protección para una magnitud grande de i. Este tipo de expresiones son comunes en el modelado estándar de diodos. Al utilizar funciones de Simscape, este tipo de expresiones se extraen a un archivo de función de Simscape y sus usos dentro de los archivos de componentes se sustituyen por llamadas a este tipo de funciones de Simscape. Los dos bloques de componentes de Simscape inferiores (dentro del cuadro "Use no Simscape functions") se crean utilizando archivos de componentes mediante funciones de Simscape.

A cart bouncing between the two ends of an ideal hard stop, while a mass slides freely on top of it. The friction between the mass and cart is modeled using an ideal, modechart-based friction block, while the hard stop is modeled using instantaneous modes and entry actions. When the cart hits the bounds of the hard stop, the impulsive force is propagated to the mass above, causing it to be displaced as it transitions from static to dynamic friction modes.

A force pulling on the end of a rope that has a large load on its other end. The rope is modeled with distributed mass and elasticity using mass, spring, and damper blocks. When the force increases from 0 N to 1,000 N, it excites longitudinal vibrations in the rope.