工程场景案例

四个案例覆盖多域系统建模、闭环控制验证、仿真故障修复和历史模型迁移。案例中的模型结构、参数和结果均与配图保持一致。

场景概览

场景	案例	预期结果	模型状态
从需求到多域多专业系统模型	单缸活塞发动机	生成几何模型和 Modelica 动力学模型，机构可连续往复运动	已完成
从控制算法到闭环验证	单水箱 PID 液位控制	完成闭环水箱模型和液位跟踪仿真	已完成
仿真报错自动诊断修复	曲柄滑块方程冗余修复	替换平面切割铰后正常仿真，动画运动正确	已完成
历史模型智能迁移	Simulink 直流电机模型迁移到 Sysblock	在 Sysblock 中生成结构完整的直流电机模型	已完成

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单缸活塞发动机

任务目标

建立单缸活塞发动机的三维几何和动力学模型，使曲轴、连杆与活塞形成连续的曲柄滑块运动，并在仿真中显示活塞往复动画。

输入（完整提示词）

用 SysCAD 建单缸活塞发动机真实几何（曲轴/连杆/活塞/缸体）；在 Sysplorer 用同元库 TYMultibody 搭曲柄滑块动力学模型：inner World + Revolute + Prismatic + RevolutePlanarCut 切割铰闭环 + 恒速驱动，质量惯量取 SysCAD 值，转动副、平移副的动画需要关闭。要求 check/translate/simulate 通过，曲轴圈数与活塞行程精确吻合。

预期结果

SysCAD 生成曲轴、连杆、活塞和缸体几何；Sysplorer 生成对应的 Modelica 曲柄滑块动力学模型。模型能够通过检查、编译和仿真，曲轴旋转可持续转换为活塞往复运动。

模型组成

• 恒定角速度输入与旋转驱动；
• 曲轴轴承、曲轴和曲柄销；
• 连杆、活塞销和活塞；
• 活塞导向、世界坐标系和固定约束；
• 用于闭环机构约束的平面切割铰。

关键设置

• 动力学部分采用 TYMultibody 组件构建。
• 曲轴由恒定角速度信号驱动，布局图中的驱动值为 62.831853…。
• 转动副和平移副自身的动画关闭，三维窗口只显示发动机实体运动。
• 活塞通过直线导向保持轴向运动，平面切割铰用于处理曲柄、连杆和活塞组成的运动闭环。

模型状态

已完成。曲柄滑块组件、驱动和约束均已连接，模型具备可运行的动力学结构。

实际输出

• 主要输出：活塞沿导向轴的往复运动。
• 三维窗口输出曲轴旋转、连杆摆动和活塞直线运动的连续动画。
• 该案例展示机构运动状态，没有配置单独的位移或速度曲线窗口。

运行结果

曲轴旋转后，连杆将旋转运动转换为活塞的直线往复运动。三维动画中可看到曲柄、连杆、活塞和缸体的相对位置，活塞沿导向轴运动，机构没有脱离约束。

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单水箱 PID 液位控制

任务目标

建立单水箱闭环液位控制系统，通过 PID 调节进水阀开度，使水箱液位跟踪阶跃设定值，同时观察质量、压力和体积的变化。

输入（完整提示词）

请在Sysplorer中使用基础热流体模型库搭建单水箱PID液位控制模型，包含水箱、进水阀、出水口和液位传感器，完成液位跟踪仿真，并分析调节时间、超调量与稳态误差。

预期结果

Sysplorer 生成包含水箱、进水阀、出水口、液位传感器和 PID 控制器的闭环模型。模型能够正常仿真，并输出可用于分析调节时间、超调量和稳态误差的液位响应曲线。

模型组成

• 液位设定值与 PID 控制器；
• 进水压力边界和进水调节阀；
• 水箱与液位传感器；
• 出水调节阀、出口开度信号和排水压力边界。

关键设置

• 液位传感器的反馈信号接入 PID，PID 输出控制进水阀。
• 出水阀开度信号设置为 0.3。
• 设定液位从 0.5 m 阶跃到 0.7 m。
• 结果窗口同时输出液位、介质质量、水箱压力和体积。

模型状态

已完成。水箱、阀门、压力边界、传感器和 PID 回路连接完整，模型已完成液位跟踪仿真。

实际输出

• 控制输出：PID 给出的进水阀开度指令。
• 结果输出：水箱液位 tank.level，用于判断设定值跟踪效果。
• 同时输出水箱内介质质量 tank.m、压力 tank.p 和体积 tank.summary.V。

运行结果

实际液位由 0.5 m 上升至 0.7 m，经过短暂过渡后与设定值重合，稳态阶段未见明显偏差。液位上升过程中，介质质量约由 100 kg 增至 140 kg，体积约由 0.10 m³ 增至 0.14 m³，水箱压力同步上升并保持稳定。

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曲柄滑块方程冗余修复

任务目标

修复曲柄滑块机构平面闭环中的方程冗余，使模型恢复检查、仿真和三维动画能力。

输入（完整提示词）

请使用机械建模skills，针对曲柄滑块机构模型，需要使用平面切割铰模型，修复该模型中的方程冗余的问题

预期结果

将闭环机构中的普通转动约束替换为平面切割铰，消除方程冗余。修复后的曲柄滑块模型能够正常检查和仿真，三维动画中的曲柄、连杆和滑块运动正确。

模型组成

• 速度指令、曲轴转速驱动和旋转固定端；
• 曲轴轴承、曲柄与曲柄销；
• 连杆、滑块销和滑块；
• 导轨原点、直线导向和世界坐标系。

关键设置

• 闭环中的普通转动约束替换为平面切割铰，消除重复约束。
• 曲柄半径设置为 0.12 m。
• 驱动角速度设置为 6.28319 rad/s，对应每秒一圈。
• 滑块由直线导向限制在水平方向运动。

模型状态

已完成。闭环约束已经调整，曲轴、连杆、滑块和导轨连接完整，模型可正常运行。

实际输出

• 主要输出：滑块沿导轨的往复位移和速度。
• 可观察变量包括曲轴角度 crankAngle、导向位移 sliderGuideDisplacement、导向速度 sliderGuideVelocity 和水平位置 sliderHorizontalPosition。
• 三维窗口输出曲柄、连杆和滑块的连续运动动画。

运行结果

曲柄以恒定角速度旋转，连杆带动滑块沿导轨往复移动。三维动画能够连续显示机构运动，曲柄、连杆和滑块保持正确连接。

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Simulink 直流电机模型迁移到 Sysblock

任务目标

把直流电机的 Simulink 控制框图迁移到 Sysblock，保留电枢电路、机电转换、机械运动和反电动势反馈关系。

输入（完整提示词）

在 Sysplorer 中用 Sysblock 搭建直流电机速度控制模型：Voltage 输入，经 Ke 反电动势、R 电枢电阻、1/L 电感环节积分得到电流 i；电流经 Kt 产生转矩，与 b 阻尼反馈作差，再经 1/J 惯量环节积分得到 Speed 输出。保留参数名 Ke、Kt、R、L、J、b，不先指定数值。完成连线、布局和检查。

预期结果

Sysblock 生成从 Voltage 到 Speed 的完整直流电机模型，包含 Ke、R、1/L、电流积分、Kt、b、1/J 和转速积分模块。参数名称保持不变，连线、反馈方向和布局完整，模型检查通过。

模型组成

• Voltage 输入与电气求和环节；
• 电阻反馈 R、电感环节 1/L 和电流积分器；
• 转矩系数 Kt 与机械求和环节；
• 阻尼反馈 b、惯量环节 1/J 和转速积分器；
• 反电动势反馈 Ke 与 Speed 输出。

关键设置

• 保留 Ke、Kt、R、L、J、b 参数名，便于继续使用原模型参数。
• 电枢电流满足 di/dt = (Voltage − Ke·Speed − R·i) / L，同时计入反电动势和电阻压降。
• 电磁转矩由 Kt 计算，扣除阻尼转矩后经过 1/J 积分得到转速。
• Sysblock 中的信号方向、求和符号和两条反馈支路与原 Simulink 框图一致。

模型状态

已完成。直流电机框图已迁移到 Sysblock，组件、连线和反馈结构完整。

实际输出

• 输出端口：Speed，表示电机轴角速度。
• 电流积分器 int_i 输出电枢电流 i，该状态经过 Kt 转换为电磁转矩。
• 转速同时进入 Ke 和 b 两条反馈支路，分别形成反电动势和阻尼转矩。

运行结果

迁移后的模型保留了原框图的电气方程和机械方程：电流驱动电磁转矩，电阻压降和反电动势进入电气反馈，阻尼转矩进入机械反馈。