simscape.Value オブジェクトおよび simscape.Unit オブジェクトの操作

`simscape.Value` オブジェクトおよび `simscape.Unit` オブジェクトの操作

物理モデリングにおいて、ブロックパラメーター、変数および物理量信号は、単位が関連付けられた値として表されます。Simscape™ 単位マネージャーは物理ネットワークを解決するときに、必要な単位変換処理を自動的に実行します。simscape.Value オブジェクトと simscape.Unit オブジェクトは基本的に、単位マネージャーの機能を複製する MATLAB^® インターフェイスを Simscape の外部に実装します。

simscape.Value は算術値の配列を単位に結合し、数学演算全体でそれらの単位を伝播します。配列のすべてのメンバーは同じ単位をもつ必要があります。
simscape.Unit は、値が関連付けられていない測定単位を表すため、単位の伝播動作をエミュレートする MATLAB 関数を作成できます。

simscape.Value と simscape.Unit の使用目的は次のとおりです。

MATLAB で、単位をもつシミュレーションデータの前処理または後処理を行う (流体の総質量の計算、車両運動のプロットなど)。
MATLAB で単位付きの値オブジェクトを作成し、プログラムでのモデル作成時にそれらのオブジェクトを操作する。
単位付きの値を演算の対象とする MATLAB 関数を作成する。

たとえば、次の関数は、単位を伝播しながらページ単位の行列乗算を行います。

function out = mypagemtimes(a, b)
  out = simscape.Value(pagemtimes(value(a),value(b)),unit(a)*unit(b));
end

この関数は以下を行います。

2 つの simscape.Value オブジェクト a および b を引数として受け入れる。
a と b から値を抽出する。
抽出したそれらの値に対して MATLAB 関数 pagemtimes を使用する。
simscape.Unit オブジェクトを使用して派生単位を計算する。
計算後の値の配列に新しい単位を再び付加して、結果の simscape.Value オブジェクトを返す。

`simscape.Value` 配列をサポートする主要な MATLAB 関数

simscape.Value 配列を操作するときには、MATLAB の主要な配列関数を使用できます。以下の表は、simscape.Value の引数の使用に関する追加の制限を一覧表示しています。

simscape.Value の数学関数

名前	説明
`abs`	絶対値
`acos`	逆余弦
`asin`	逆正弦
`atan`	逆正接
`atan2`	4 象限逆正接
`cos`	余弦
`cosh`	双曲線余弦
`cross`	クロス積
`diff`	差分
`dot`	ドット積
`exp`	指数
`log`	自然対数
`log10`	常用対数 (基底 10)
`max`	配列の最大要素
`min`	配列の最小要素
`mod`	除算後の剰余
`prod`	要素の積
`sign`	符号関数
`sin`	正弦
`sinh`	双曲線正弦
`sqrt`	平方根
`sum`	要素の和
`tan`	正接
`tanh`	双曲線正接
`erf`	誤差関数
`erfc`	相補誤差関数

simscape.Value の演算

名前	説明
`+` (`plus`), `-` (`minus`)	単項と二項の加算および減算
`` (`mtimes`), `.` (`times`)	乗算
`/` (`mrdivide`), `\` (`mldivide`), `./` (`rdivide`), `.\` (`ldivide`)	除算
`==` (`eq`), `~=` (`ne`), `<` (`lt`), `<=` (`le`), `>` (`gt`), `>=` (`ge`)	関係
`^` (`mpower`), `.^` (`power`)	べき乗

simscape.Value の検査

名前	説明
`isequal`	2 つの `simscape.Value` オブジェクトを比較します。両方の配列が同じサイズで同じ値を含み、かつ同じ単位をもつ場合は `1` を返し、それ以外の場合は `0` を返します。
`isequaln`	NaN 要素は相互に等しいとものとして扱い、2 つの `simscape.Value` オブジェクトを比較します。両方の配列が同じサイズで同じ値を含み、かつ同じ単位をもつ場合は true を返し、それ以外の場合は `0` を返します。
`isfinite`	配列要素が有限の場合は `1` を返し、それ以外の場合は `0` を返します。
`isinf`	配列要素が無限の場合は `1` を返し、それ以外の場合は `0` を返します。
`isnan`	配列要素が NaN の場合は `1` を返し、それ以外の場合は `0` を返します。

simscape.Value の型変換

名前	説明
`double`	引数が無次元の場合にのみ、配列要素を倍精度に変換します。無次元数量は暗黙的に単位なしに変換されてから、double に変換されます。次に例を示します。 double(simscape.Value(1,'m')/simscape.Value(2,'cm')) ans = 50
`logical`	数値を logical に変換します。アフィン以外の単位をもつ `simscape.Value` オブジェクトでサポートされています。線形単位かどうかにかかわらず、ゼロ値は false として扱われ、非ゼロ値は true として扱われます。

`simscape.Unit` 配列をサポートする主要な MATLAB 関数

simscape.Unit に対する基本的な乗算、除算、べき乗、および関係の演算が定義されています。以下の表は、simscape.Unit の引数の使用に関する追加の制限を一覧表示しています。

simscape.Unit の算術演算と関係演算

名前	説明
`times`	要素ごとの単位の積
`mtimes`	行列の単位の積
`rdivide`, `ldivide`	要素ごとの単位の商
`mrdivide`, `mldivide`	行列の単位の商。サポートされていますが、分母はスカラーの `simscape.Unit` オブジェクトである必要があります。
`power`	要素ごとのべき乗。基数は `simscape.Unit` オブジェクトである必要があります。指数は整合するサイズの数値配列である必要があります。分数指数と有理指数も参照してください。
`mpower`	行列のべき乗。サポートされていますが、基数と指数はスカラーである必要があります。
`eq`, `ne`	等しいか、または等しくないかを判定します。正準形で単位を比較します。
`isequal`	配列が等しいかを判定します。単位配列が同じサイズで、かつすべての単位が等価の場合は true です。

simscape.Unit の型変換

名前	説明
`string`	単位配列の各要素を string に変換します。string 配列を返します。
`cellstr`	単位配列を文字ベクトルの cell 配列に変換します。
`char`	単位配列を文字配列に変換します。

たとえば、2 行 3 列の単位配列を作成します。

u1 = simscape.Unit(["kg", "g", "lb"; "km", "m", "mm"])

u1 = 

    2×3 unit array

      kg    g    lb
      km    m    mm

単位配列を string 配列に変換します。

string(u1)

ans = 

  2×3 string array

    "kg"    "g"    "lb"
    "km"    "m"    "mm"

同じ単位配列を文字ベクトルの cell 配列に変換します。

cellstr(u1)

ans =

  2×3 cell array

    {'kg'}    {'g'}    {'lb'}
    {'km'}    {'m'}    {'mm'}

同じ単位配列を文字配列に変換します。

char(u1)

ans =

  6×2 char array

    'kg'
    'km'
    'g '
    'm '
    'lb'
    'mm'

計算単位

加算のような数学演算に計算単位が必要な場合、返される単位は、基本単位に対する変換係数が最大となるオペランドの単位です。次に例を示します。

simscape.Value(2.2,'cm') + simscape.Value(2,'mm')

ans =

    2.4000 (cm)

長さの基本単位は m です。cm から m への変換係数は mm から m への変換係数より大きいため、cm と mm の加算で返される単位は cm になります。

乗算と除算に計算単位は不要です。これらの演算は、値の乗算 (除算) と単位の乗算 (除算) により実行されます。次に例を示します。

simscape.Value(2.2,'N') * simscape.Value(2,'m')

ans =

    4.4000 (N*m)

分数指数と有理指数

分数指数は simscape.Value オブジェクトでサポートされています。数値は関数によって指定された double 値でべき乗され、分数指数の有理近似が単位に適用されます。

simscape.Unit オブジェクトの場合、指数は有理数である必要があります。単位のべき乗を計算するときに、simscape.Unit は MATLAB 関数 rat と同じ有理分数近似を使用します。

アフィン単位の演算

simscape.Value オブジェクトはアフィン単位をもつことができます。詳細については、アフィン単位についてを参照してください。

アフィン単位をもつ値に対する以下の演算は禁止されています。

アフィン単位を含む複合単位の作成。
単位変換を必要とする基本的な配列演算。
暗黙的または明示的な 0 との比較。

制限

ブロックを直接パラメーター化することはサポートされていません。つまり、simscape.Value オブジェクトまたは simscape.Unit オブジェクトを直接使用してブロックパラメーターを指定することはできません。これらのオブジェクトは、プログラムによるモデル作成時にのみ使用できます。
たとえば、simscape.Value オブジェクトに基づくブロックパラメーターをプログラムで設定するには、次を行います。
```
x = simscape.Value(V, U);
set_param(block, 'x', mat2str(value(x)));
set_param(block, 'x_unit', char(unit(x)));
```
simscape.Value オブジェクトまたは simscape.Unit オブジェクトを使用して単位付き値を指定したり、Symbolic Math Toolbox™ で単位の計算を実行することはできません。
MATLABCoder™ は simscape.Value オブジェクトと simscape.Unit オブジェクトをサポートしません。

参考

simscape.Value | simscape.Unit

simscape.Value 配列をサポートする主要な MATLAB 関数

simscape.Unit 配列をサポートする主要な MATLAB 関数

計算単位

分数指数と有理指数

アフィン単位の演算

制限

参考