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3 カスタムモデリングコンポーネントの作成
この章の内容は以下のとおりです:
概要
カスタムコンポーネント例題を開く
例:非線形 Spring-Damper コンポーネントの作成
MapleSim でカスタムコンポーネントを扱う
カスタムコンポーネントの編集
3.1 概要
MapleSim コンポーネントライブラリを拡張するために、ユーザによって定義された数学モデルに基づくカスタムコンポーネントを作成することができます。例えば、特定のサブシステムを含むカスタムコンポーネントを作成したり、専門的な機能を持つコンポーネントを作成することができます。
MapleSim テンプレート設定ダイアログボックスから開くことができる Maple ワークシートのカスタムコンポーネントテンプレートを使用し、Maple で以下のタスクを実行して、カスタムコンポーネントを作成します :
コンポーネントの動作を決める数式およびプロパティを定義します。 (例えば、パラメータ、ポート変数)
ユーザの数学モデルをテスト、解析します。
コンポーネントにポートを追加し、関連するポート変数を定義します。
コンポーネントを生成し、MapleSim で使用可能にします。
カスタムコンポーネントテンプレートには、これらのタスクが実行できるように、プリビルトのコントロールが用意されています。 生成される各カスタムコンポーネントは特定のテンプレートに関連付けられます。
3.2 カスタムコンポーネント例題を開く
MapleSim のインストールには、次のカスタムコンポーネント 例題 が含まれています:
代数方程式を用いて定義されたカスタムコンポーネント
微分方程式を用いて定義されたサンプル DC motor コンポーネント
サンプル非線形 spring-damper コンポーネント
伝達関数を用いて定義されたカスタムコンポーネント
例題の開き方:
1. MapleSim のメインツールバーで、テンプレートボタン ( ) をクリックします。
2. Browse... をクリックします。
3. ダイアログボックスからComponent Templates フォルダを開きます。
4. 開く例題を選択し、Use Template をクリックします。
5. (任意)Attachment フィールドで、テンプレートの名称を設定します。
6. Create Attachment をクリックします。Maple が起動し、サンプルのカスタムコンポーネントテンプレートが開きます。
3.3 例:非線形 Spring-Damper コンポーネントの作成
この例では、カスタムコンポーネントテンプレートを使用し、非線形 spring-damper コンポーネントを作成します。この例に定義されている方程式は、MapleSim の Translational Spring Damper コンポーネントに基づいているため、剛性と減衰係数は、コンポーネントへの入力関数に置き換えます。
支配法則を得るために、まず下に示すようなスプリングダンパーシステムの free-body diagram (自由物体図) を描きます。
終点の a と b は、コンポーネントのポートとして定義することができ、方程式はこれらのポートに対して導き出します。その場合、運動の一般方程式は次のようになります。
上記式で、 は減衰係数、 はバネの剛性で、 は次の式で表すことができる と の2つのポート間における相対変位を表しています。
また、システムにかかる力を見ると、合力は で、 と の間には次の等式が成り立つことが分かります。
上記は、すべてシステムの動作を定義するために必要な関係です。
カスタムコンポーネントテンプレートを開く
まず、MapleSim テンプレート設定ダイアログボックスから、カスタムコンポーネントテンプレート を開きます。
1. MapleSim で、カスタムコンポーネントを追加するモデルを開きます。
2. メインツールバーで、テンプレートボタン ( ) をクリックします。
3. Select Template リストで、Custom Component を選択します。
4. Attachment フィールドで、テンプレートの名前に Nonlinear Spring-Damper と入力し、Create Attachment をクリックします。Maple が起動し、カスタムコンポーネントテンプレートが開きます。
コンポーネントの名前と方程式 の定義
次に MapleSim インターフェイスに表示されるコンポーネントの名前、方程式を格納する変数と、方程式自体を指定します。
コンポーネントの方程式を定義するために、DynamicSystems パッケージのコマンドを使用してシステムのモデルを作成します。詳細は、Maple ヘルプシステムの DynamicSystems トピックを参照してください。
1. テンプレートの Component Description セクションで、コンポーネント名に NonLinearSpringDamper と指定します。
2. Component Equations セクションで、変数を定義するテーブルの下に表示されているデフォルトの方程式を削除します。
3. 非線形システムを定義するために、次の方程式を入力します。
方程式は、Maple リストに入力されることにご注意ください。定数の (減衰) と (剛性) は、システムへの入力状態として定義するために、関数の と に置き換えます。
4. sys という名前のシステムオブジェクト変数に方程式と入出力定義を代入するには、次のように指定します。
5. ウィンドウ上部にある をクリックしてワークシート全体を実行します。
これで、生成されるカスタムコンポーネントに追加するポートに入出力変数を代入することができます。
コンポーネントポートの定義
テンプレートの Component Ports セクションでは、生成されたコンポーネントに表示されるポートに代入する入出力変数とポートの配置を指定します。
1. ダイアグラムからサンプル ポート を削除するために、Clear All Ports をクリックします。
2. Add Port ボタンを 4 回クリックします。配置し、定義するポートを表す 4 つの四角形がダイアグラム内に表示されます。
3. ダイアグラム左側のポートを選択します。
4. ダイアグラムの下にある Port Type ドロップダウンメニューから、Translational Flange を選択します。
5. Port Components テーブルの Position 行で、ドロップダウンメニューから s[b](t) を、Force 行で、ドロップダウンメニューから F[b](t) を選択します。これで、左側のポートは位置の変数 s[b](t) と力の変数 F[b](t) が関連付けられている平行移動フランジとして定義されたことになります。
6. ダイアグラム右側のポートを選択します。
7. Port Type ドロップダウンメニューから、Translational Flange を選択します。
8. Position 行で、ドロップダウンメニューから s[a](t) を、Force 行で、ドロップダウンメニューから F[a](t) を選択します。これで、右側のポートは位置変数 s[a](t) と力変数 F[a](t) が関連付けられている平行移動フランジとして定義されたことになります。
9. ダイアグラム上部のポートを選択します。
10. Port Type ドロップダウンメニューから、Signal Input を選択します。
11. Value 行で、ドロップダウンメニューから c(t) を選択します。これで、このポートは剛性変数 c(t) が関連付けられている入力信号として定義されたことになります。
12. ダイアグラム下部のポートを選択します。
13. Port Type ドロップダウンメニューから、Signal Input を選択します。
14. Value 行で、ドロップダウンメニューから d(t) を選択します。これで、このポートは減衰変数 d(t) が関連付けられている入力信号として定義されたことになります。
15. ステップ 14 で定義したポートをドラッグし、ダイアグラムの右上に配置します。もう 1 つのポートもドラッグし、配置を調整します。
MapleSim で生成されるカスタムコンポーネントでは、ポートはこの配置で表示されます。
カスタムコンポーネントの生成
カスタムコンポーネントを生成するには、テンプレート下部にある Generate MapleSim Component ボタンをクリックします。生成されたカスタムコンポーネントは、 MapleSim の Project タブを選択し、 Definitions パレットを開き、さらに Components サブメニューを開くと表示されます。
これで、名前を NonLinearSpringDamper に変え、カスタムコンポーネントをモデルワークスペースにドラッグしてモデルに追加することができます。
3.4 MapleSim でカスタムコンポーネントを扱う
MapleSim では、カスタムコンポーネントをサブシステムと同じように扱うことができます。カスタムコンポーネントに対して実行できるタスクは以下のとおりです:
カスタムコンポーネントにテキストや図を追加する
カスタムコンポーネントの外見をカスタマイズしたい場合は、コンポーネントアイコンに表示されるデフォルトの画像を変更することができます。モデルワークスペースでカスタムコンポーネントを選択し、navigation ツールバーにあるアイコン表示ボタン ( ) をクリックします。描画や注釈ツールを使用し、テキストや図を追加します。
カスタムコンポーネントをカレントモデルの一部として保存する
カスタムコンポーネントをカレントモデルの一部として保存するには、カスタムコンポーネントをモデルワークスペースにドラッグして、モデルに追加し、保存します。次回そのファイルを開くと、カスタムコンポーネントはモデルワークスペースと Definitions パレットに表示されます。
カスタムコンポーネントをカスタムライブラリに追加する
カスタムコンポーネントをカレントモデル以外のファイルで使用するには、そのコンポーネントをカスタムライブラリに追加します。詳細は、カスタムライブラリの作成と管理 を参照してください。
3.5 カスタムコンポーネントの編集
生成したカスタムコンポーネントを 編集 するには、対応する Maple ワークシートで修正し、コンポーネントを再生成します。
1. MapleSim のモデルワークスペースで、編集したいカスタムコンポーネントをダブルクリックします。Maple が起動し、当該カスタムコンポーネントテンプレートが開きます。
2. Maple ワークシートで、数式、プロパティ、またはポート値を編集します。
3. ワークシートの下部に配置されている Generate MapleSim Component をクリックします。MapleSim に表示されているカスタムコンポーネントに変更箇所が生成されます。
4. カスタムコンポーネントを追加した .mw ファイルおよび .msim ファイルの変更内容を保存します。
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