SimMechanics 3 メカニカルシステムのモデリングおよびシミュレーション SimMechanics™ はSimscape™ を拡張し、Simulink®の環境内で3 次元メカニカルシステムのモデリングを行うことができます。このマルチボディシミュレーションツールを使用すれば、方程式を導出してプログラミングしなくても、システムの構造を反映するボディ、ジョイント、制約、および力要素から成るモデルを構築することができます。 3 次元アニメーションの自動生成により、システムダイナミクスを可視化できます。また、質量、慣性、制約および3 次元ジオメトリを備えたモデルを複数のCADシステムからインポートすることも可能です。 SimMechanics のモデルは Real-Time Workshop®を使用してCコードに変換できるため、ハードウェアプロトタイプの代わりにHardware-in-the-loop（HIL）テストで組込みコントローラをテストすることができます。 SimMechanicsは、アクティブサスペンション、ロボット工学、手術機器、着陸装置などのさまざまなシステムの開発に利用可能です。SimMechanicsは他のMathWorks 物理モデリング製品と連携し、マルチドメイン物理システムでの複雑な相互作用のモデリングを可能にします。 SimMechanicsによるロボットアームのモデル。SimMechanicsモデル（下）の色付けされたブロックは、3 次元図（右）の色付けされた部分に対応します。主な機能 ■ 3 次元剛体メカニカルシステムの構築のためのモデリング環境を提供 ■ モーション解析と力計算のためのシミュレーションモード ■ 3 次元剛体のジオメトリを使用したメカニカルシステムダイナミクスの可視化とアニメーション ■ SimMechanics Linkユーティリティによる、Pro/ENGINEER® およびSolidWorks® CADプラットフォームへのインタフェースとその他のCADプラットフォームへのリンク用APIの提供 ■ モデルのCコードへの変換機能（Real-Time Workshopを使用） ■ Simulinkとの統合により、高精度の非線形プラントモデルおよび制御システムを単一の環境で開発することが可能メカニカルシステムのモデリング SimMechanicsでは、物理的なシステムを組み立てるように3 次元メカニカルシステムのモデルを構築することができます。ボディ、座標系、ジョイント、および力要素を使用して、他のSimulinkモデルに直接接続できるメカニカルシステムを定義します。このアプローチは、SimMechanicsの機能を拡張すると共に、既存のSimulinkモデルの再利用性を向上させます。Simulinkと SimMechanicsのブロックを組み合わせたモデルをサブシステムとして保存すると、多くのアプリケーションで再利用することができます。サブシステムの例として、次のようなものが挙げられます。・Simulinkのルックアップテーブルを使用した非線形スプリング・補助翼や方向舵などの航空宇宙コンポーネントに圧力分布を付加した空力抵抗モデル・安定化機構とコントローラというような自動車のアクティブサスペンションサブシステム・飛行機や地上車のタイヤモデル SimMechanicsのセンサブロックを使用して、力、トルク、速度などの物理量の値を測定し、それらの信号を標準のSimulinkブロッ SimMechanicsによるStewart Platformのモデル。コントローラのSimulinkモデルはSimMechanicsモデル（右上）に直接接続しています。脚モデル（右下）は6 本の脚すべてで再利用されています。プロット（上）は、プラットフォームの角度とアクチュエータに必要な力を示します。クに渡すことができます。アクチュエータブロックにより、Simulink 信号をいずれかの物理量の値に割り当て、メカニカルシステムを作動させることができます。また、センサブロックとアクチュエータブロックを使用して、 Simulinkで開発した制御アルゴリズムを SimMechanicsモデルに接続することも可能です。コントローラの設計には、SimMechanics で開発した非線形プラントモデルを使用することができます。また、Simulink Control Design™を使用して非線形モデルから線形プラントモデルを抽出することにより、線形制御理論を使用してコントローラを設計することも可能です。メカニカルモーションのシミュレーションと解析 SimMechanicsモデルをシミュレーションすることにより、運動学的制約を課し、力やトルクを加え、結果として生じるモーションや力を測定することができます。また、電気モータ、ボールネジ、油圧シリンダ、エンジンといったアクチュエータの開発およびテストを行なうことも可能です。 SimMechanicsはメカニカルシステムのシミュレーションのために設計された Simulinkのソルバテクノロジーを追加します。SimMechanicsは4つのモーション解析モードをサポートします。・順動力学：モーションの原動力となるアクチュエータに力やトルクを加え、結果として生じるシステム全体のモーションを計算。・逆動力学および運動学解析：ユーザが定義したモーションを実現するためにアクチュエータから与えなければならない力やトルクの決定。・トリミング：線形化やシステム解析に使用する定常状態となる平衡点の確認。・線形化：駆動力、ジョイント/ 制約条件設定、および初期状態での摂動に対するシステムの応答を推測する線形モデルの抽出。 CADからSimMechanicsにインポートしたピストンのモデル。ピストンのCADモデル（右上）はXMLファイル形式で保存した後、SimMechanicsにインポートされています。3 次元図は、CADシステムから自動的にエクスポートされるSTLファイルから生成されます（右）。これらの解析モードを組み合わせて、メカニカルシステムのパフォーマンステスト、適切な駆動システムの選択および最適な制御手法の開発が可能になります。 SimMechanicsは、メカニカルモデルの3 次元図を自動的に作成し、シミュレーションの実行中にアニメーションで表示することが可能です。3 次元図で可視化されるジオメトリは、モデルで定義した座標系から生成できるほか、実際の3 次元ジオメトリをモデルのボディに関連付けることもできます。また、システムを理解する助けとして、各パーツの質量と慣性を表す楕円を表示することも可能です。シミュレーションの実行中に生成されたアニメーションを別のファイルに保存することにより、シミュレーションから切り離してアニメーションを表示させることができます。標準のMATLAB®グラフィック関数を使用して、可視化機能を拡張することができます。 CAD システムから SimMechanicsへアセンブリをエクスポート SimMechanics Linkを使用することにより、CADアセンブリからSimMechanics モデルを自動生成することができます。 SimMechanics Linkは、重要なデータとパーツの組合わせ情報を、SimMechanics にインポート可能なファイル形式でエクスポートします。アセンブリの各パーツの質量と慣性モーメントは、SimMechanicsの剛体に変換されます。CADアセンブリのジオメトリはジオメトリファイルに自動的に変換され、SimMechanicsの適切なボディに関連付けられます。CADアセンブリに含まれるパーツの組合わせの定義は、 SimMechanicsモデルの適切なジョイントに変換されます。 SolidWorksとPro/ENGINEERのモデルについては、 CADアセンブリをSimMechanics にインポート可能なXMLファイルとして保存するプラグインをインストールすることができます。その他のCADシステムについては、SimMechanics Linkによって、ご使用のCADシステムのAPIに接続するための APIが提供されます。 SimMechanics Linkは www.mathworks.com/products/ simmechanics/download_smlink.html （英語）からダウンロードできます（SimMechanics Linkを使用するにはMATLABのライセンスが必要です）。 www.mathworks.co.jp SimMechanicsモデルの Cコードへの変換 SimMechanics モデルをCコードに変換することで、Simulinkのアクセラレータモードを使用してシミュレーション時間を短縮することができます。また、Real-Time Workshopを使用してSimMechanicsモデルをCコードに変換することも可能です。これにより以下のことが可能となります。・リアルタイムでモデルを実行し、HILテストを実行・モデルを他のシミュレーション環境に統合・SimMechanicsモデルをスタンドアロンシミュレーション用にコンパイルし、パラメータ検討やモンテカルロシミュレーションといった解析を高速化 MATLAB/Simulinkでのマルチドメイン物理モデリング動作環境 SimMechanicsには、以下の製品が必要です。・MATLAB® ・Simulink® ・Simscape™ 動作環境の詳細につきましては、 www.mathworks.co.jp をご覧ください。関連製品・SimDriveline™ メカニカルな動力伝達システムのモデリングとシミュレーション・SimElectronics™ 電子・電気機械システムのモデリングとシミュレーション・SimHydraulics® SimMechanicsは、メカニカルシステムを油圧システムのモデリングとシミュレーシミュレーションするための拡張機能をション提供します。そのため、物理信号接続を使用して物理プラントモデルを作成し、・SimPowerSystems™ Simulinkで信号フローをモデリングした制電力システムのモデリングとシミュレー御モデルに直接接続することができます。ション SimMechanicsモデルは、用途とドメインが特定された、他のMathWorks 製の物・Simulink Parameter Estimation™ 理モデリングツールにも接続できます。こテストデータを用いて、モデルのパラメーれにより、マルチドメイン物理システムでのタを推定複雑な相互作用のモデリングを可能にします。また、MATLABを使用して、モデルのパラメータ化、シミュレーションテストの自動化、出力データの解析、およびシステム性能の最適化を行うこともできます。その結果、システム全体（マルチドメイン物理プラントとコントローラの両方）をMATLABおよび Simulink 環境でテストすることが可能となります。 © 2009 The MathWorks, Inc. MATLAB and Simulink are registered trademarks of The MathWorks, Inc. See www.mathworks.com/trademarks for a list of additional trademarks. Other product or brand names may be trademarks or registered trademarks of their respective holders. 91681v00 07/09