UGNX运动仿真STEP、SHF、POLY函数详解及综合应用

STEP函数详解使用UG运动仿真模块的伙伴们都该知道编写运动仿真的函数式是个难点，也是重点，其中又以STEP函数式使用最多，也是比较容易理解的一种运动函数。今天在这里给大家简单分析讲解一下。那么首先要了解STEP函数的格式：STEP（x，x0，h0，x1，h1）其上五个变量中，第一个（x）是横坐标定义；第二个（x0）是时间起点（就是说，你要他什么时候开始递加递减；）；第四个（x1）是时间终点（你要他什么时候结束递加递减）；第三个（h0）为递加递减数值的起点；第五个（h1）为相对于0点的递加递减数值，这个是你可以自行修改的。下面举个例子：STEP（x，3，0，6，100），意义：第一秒到第三秒，位移为0，即物体静止；第三秒到第六秒，物体位移100。复杂STEP函数式又分为嵌入式和增量式。嵌入式：（绝对模式）STEP(x,x0,h0,x1,(STEP(X,X1，H1，X2，(STEP(X,X2，H2，X3，H2)))))增量式：（相对模式）STEP(x,x0,h0,x1,h1)+STEP(X,X1，H2，X2，h3)+STEP(X,X2，H4，X3，H5)+……嵌入式的复杂函数式STEP(x,12,0,16,STEP(X,16,260,20,STEP(X,24,0,28,STEP(X,28,260,32,STEP(X,34,0,37,STEP(X,37,260,40,0))))))意义：0-12秒，物体静止；12-16秒，物体位移260；16-20秒，物体回到初始0位置，也就是相对上一个位置做了-260位移；20-24秒，物体静止；24-28秒，位移260；28-32秒，物体回到初始0位置，也就是相对上一个位置又做了-260位移；32-34秒，物体静止；34-37秒，物体位移260；37-40秒，物体回到初始0位置。（绝对模式）STEP(x,0,0,3,STEP(x,3,200,9,STEP(x,9,-200,12,STEP(x,21.5,0,24,STEP(x,32,150,34,STEP(x,40,259.8,42,0))))))意义：0-3秒，物体位移200；3-9秒，物体位移-200，即期间物体移动了400；9-12秒，物体回到初始0位置，即移动了200；12-21.5秒，物体静止；21.5-24秒，物体位移150；24-32秒，物体静止；32-34秒，物体位移259.8；34-40秒，物体静止；40-42秒，物体回归初始0位置。（绝对模式）增量式的复杂函数式STEP(x,0,0,12,0)+STEP(x,12,0,16,260)+STEP(X,16,0,20,-260)+STEP(x,20,0,24,0)+STEP(X,24,0,28,260)+STEP(X,28,0,32,-260)+STEP(x,32,0,34,0)+STEP(X,34,0,37,260)+STEP(X,37,0,40,-260)等同于：STEP(x,12,0,16,260)+STEP(X,16,0,20,-260)+STEP(X,24,0,28,260)+STEP(X,28,0,32,-260)+STEP(X,34,0,37,260)+STEP(X,37,0,40,-260)亦等同于：STEP(x,12,0,16,STEP(X,16,260,20,STEP(X,24,0,28,STEP(X,28,260,32,STEP(X,34,0,37,STEP(X,37,260,40,0))))))意义：0-12秒，物体静止，原地不动；12-16秒，物体相对上一位置位移260；16-20秒，物体相对上一位置移动-260；20-24秒，物体静止；24-28秒，相对上一位置位移260；28-32秒，物体相对上一位置移动-260；32-34秒，物体静止；34-37秒，相对上一位置位移260；37-40秒，物体相对上一位置移动-260。（相对模式）举个例子STEP(x,1,0,2,20)+STEP(x,6,0,12,-40)意义：1秒到2秒：从0度转到20度；2秒到6秒：电机保持在20度位置上不动；6秒到12秒：由20度反转40度，结果为停留在-20度。所以，增量式有两个特性必须记住：1，除非输入新的STEP，否则，上一个STEP的渐变结果将在接下来的时间里，一直保持。2，每个STEP只能从0开始渐变，所以，每一次的STEP都是相对于上一次操作结果的累加计算。特点：有运动就写，无运动就不写。所定义的时间是绝对的，移动的值却是相对的(所以H0都为0)。重点提示：在旋转驱动中，如果选择，则在STEP函数中转360度就不需要加“d”,例如：STEP(time,0,0,2,360)，表示在2秒内转360度一周。如果选择，则要事先在表达式中建表达式如K=2*pi(),类型为恒定，再在XY函数管理器里的STEP函数中调用表达式K。例如：STEP(x,0,-2*K,2,2*K)+STEP(x,3,0,5,-4*K)，表示进行仿真前先反转2周做为初始（0秒时），2秒内正转4周，停1秒，第3秒到第5秒的2秒内反转4周。（因为在NX8.5中，STEP函数不支持直接调用pi(),deg(),rad()等函数。）举例对比增量式与嵌入式的区别上图可以写成增量式：STEP(x,2,1,3,3)+STEP(x,3,0,4,0)+STEP(x,4,0,5,-3)或STEP(x,2,1,3,3)+STEP(x,4,0,5,-3)；也可以写成嵌入式：STEP(x,2,1,3,STEP(x,4,3,5,0))如图验证：备注：网上很多教材都把这个给搞错了！不同时间段，连杆做不同函数运动形式t0-t1时间段内，让连杆以f（x）函数形式运动；t1-t2时间段内，让连杆以直线形式运动，在t2-t3内，让连杆以g（x）函数形式运动，以此实现连杆在不同时间段以两种或多种函数形式运动。※t0-t1时间段函数图形转换：按照相同时间段将第一个函数运动图转换为第二个函数运动图，按照step函数表达可以写出：t0-t1时间段，step表达为：（step（time，t0+0.001，0，t0，1）+step（time，t1+0.001，0，t1，-1））由于step函数时间段起始和结束时间点不能相等，也就是不能是垂直直线形式图变，因此可以在时间点t0附近添加一个微小时间段，近似垂直直线形式突变。如果将转换形式的step函数*f（x），那么连杆在t0-t1时间段的运动形式就可以以f（x）运动，大家也可以从函数值上来理解，就是1乘以任何数值无法改变被乘数值，即f（x）任何函数值与1相乘，数值不变，即实现连杆在t0-t1时间内以f（x）形式运动。由此可知在t0-t1时间段内，f（x）运动形式表达为：（step（time，t0+0.001，0，t0，1）+step（time，t1+0.001，0，t1，-1））*f（x）※t1-t2时间段函数图形转换：在t1-t2时间段，这个时间段为直线运动，按照矩形方波图形，step函数形式表达：step（time，t1+0.001，0，t1，1）+step（time，t2+0.001，0，t2，-1）依据第一个时间段详细讲解，可知，t1-t2时间段内，连杆运动形式表达为：（step（time，t1+0.001，0，t1，1）+step（time，t2+0.001，0，t2，-1））*h1※t2-t3时间段函数图形转换：t2-t3时间段，根据矩形方波，step表达为step（time，t2+0.001，0，t2，1）+step（time，t3+0.001，0，t3，-1）由上可知，在t2-t3时间段内，g（x）运动形式表达为（step（time，t2+0.001，0，t2，1）+step（time，t3+0.001，0，t3，-1））*g（x)※总结：不同时间段，不同函数运动形式step表达方式，只需要将每个时间段变成0-1的矩形方波，将时间段开始和结束时间点添加一个微小时间段，对开始时间点添加微小时间增量的时间段，进行step函数书写后，再对结束时间点进行相同的step函数书写，将开始和结束时间的step函数进行加和后再乘以相应的函数，即可完成相应函数的运动形式。因此上图中连杆的两种函数g（x）、f（x）加一条直线的step函数控制为：（step（time，t0+0.001，0，t0，1）+step（time，t1+0.001，0，t1，-1））*f（x）+（step（time，t1+0.001，0，t1，1）+step（time，t2+0.001，0，t2，-1））*h1+（step（time，t2+0.001，0，t2，1）+step（time，t3+0.001，0，t3，-1））*g（x)多项式函数poly（x，x0，a0，a1，a2，……，a30）=a0+a1*（x-x0）+a1*（x-x0）2+……+a30*（x-x0）30x是自变量。x0为初始值，a0到a30为系数，当x0=0时，取到a1系数，则多项式为一条一次曲线，y=a0+a1*x，当取到a2系数时，则多项式为一条二次曲线（抛物线），y=a0+a1*x+a2*x2由此可知，多项式函数是控制连杆线性运动或二次曲线运动的函数，x取变量time余弦函数——简谐运动shf（x，x0，a，w，phi，b）=asin（w（x-x0）-phi）+b简谐运动既是最基本也是最简单的一种机械振动，如果一个质点的运动方程有如下形式：即，质点的位移随时间的变化是一个简谐函数，显然此质点的运动为简谐振动。w为角速度，单位为度/秒或者弧度/秒。下图为简谐运动的图像，表示的是振动物体的位移随时间变化的规律。是一条正弦或余弦曲线。由以上讲解可知，shf函数中，x为变量，一般取time，x0为初始时间点，a为振幅，w为角速度，phi为初项，也就是t等于0时，角度值，b表示截距，也就是余弦函数的位移。综合应用实例连杆运动规律图如下建模空间，曲线工具，直线命令，在xy平面内绘制两条垂直直线:进入运动仿真，新建运动仿真，默认设置确定，新建连杆，由于直线不是实体，因此需要设置质心和质量等参数，任意设置即可，另一条直线连杆设置相同。仿真导航器里，两个直线连杆：第一个滑动副，选择连杆1，由于是直线，所以“选择连杆”、“指定原点”、“指定矢量”三个直接被选中，如果方向不对可以利用反向进行调整驱动，设置恒定速度10mm/s，根据规律图2-3秒时间段可知，2秒时位移为20，3秒时位移为30，因此驱动速度为10。第二个滑动副，选择连杆2，选择方法和上一个相同，基本里选择连杆1，即连杆2相对于连杆1运动驱动，选择函数点击函数向下箭头，调出函数对话框，默认设置，选择新建函数按钮切换到运动函数，拉到最后，里面有step函数，poly函数和shf函数，按照图片所示，利用这三个函数对连杆进行驱动双击任何一个函数后，函数自动被添加上来，依次来修改参数依据运动曲线时间段被分解成0-2,2-3,3-4,4-8,8-10等5个时间段，根据之前的讲解，将每个时间段转换成矩形方波，进行step函数表达，结果分别为：时间段0-2秒，y=20的直线运动：(STEP(time,0.0001,0,0,1)+STEP(time,2.0001,0,2,-1))*20时间段2-3秒，y=10t的一次线性运动，由于连杆1的运动速度为10mm/s，因此，这个时间段内运动函数即为y=10t，转换为多项式函数表达，a0即为截距0，a1系数为10，x0初项为0：(STEP(time,2.0001,0,2,1)+STEP(time,3.0001,0,3,-1))*POLY(time,0,0,10)时间段3-4秒，y=30的直线运动：(STEP(time,3.0001,0,3,1)+STEP(time,4.0001,0,4,-1))*30时间段4-8秒，y=20*sin（360/4*t）+30的正弦函数，振幅为20；w角速度，时间段内为4s，想让连杆2在4秒内运动一个完整波形，也就是360度，因此角速度计算为360/