matlab第7讲 机构系统仿真

第七讲机构系统仿真6.6.1物理建模与机构系统仿真6.6.2simmechanics仿真简介6.6.3机构仿真系统举例•6.6.1物理建模与机构系统仿真Mathwork公司与2001年10月推出了机构系统模块集（SimMechanicsBlockset），借助于MATLAB/SIMULINK及其虚拟现实工具箱，允许用户对机构系统进行仿真，这标明MATLAB系列产品在物理建模领域前进了一大步。SimMechanics利用牛顿动力学和转矩等概念，可以对各种运动副连接的刚体进行建模与仿真，实现对机构系统进行分析与设计的目的。提供的功能：实现三维系统的平移和转动运动，可求解带有静力学约束、坐标系变换等在内的机构系统运动问题，同时还可利用虚拟现实工具箱提供的功能显示机构系统运动的动画示意。•6.6.2simmechanics仿真简介•SimMechanics可以在simulink下直接使用的模块集，可以将表示各种机构的模块在普通simulink窗口中绘制出来，并通过它自己提供的检测与驱动模块和普通simulink模块连接起来，获得整个系统的仿真结果。SimMechanics必须在MATLAB6．1及以上版本的支持下运行，其动画显示还需要虚拟现实工具箱的支持。•打开SimMechanics的方法：•（1）simulink浏览库•（2）命令窗口中输入mechlib命令•组成：•刚体模块（Bodies）•约束与驱动（constraints&Drivers）•辅助工具模块（Utilites）•运动副模块（jionts）•检测与驱动模块（sensors&Actuators）（1）刚体子模块组（Bodies）组成：机架（Ground）和刚体（Body）其中刚体的连接端有两个（B，F），在机构中B端为主动端，F为从动端。使用时应根据具体情况设置刚体质量、位置、方向和坐标系等一系列参数。（2）约束与驱动（constraints&Drivers）提供功能：静力学模块和各种传动模块。如：齿轮约束（Gearconstraint）、平行约束（Parrallelconstraint）和曲线约束（Point－curveconstraint）（3）辅助工具模块（Utilites）作用：允许在其它模块中添加节点，或将信息转换成虚拟现实工具箱用的数据。（4）运动副模块组（jionts）作用：提供各种运动副的图标，可以用这些运动副来连接刚体，构造所需的机构。功能：提供单自由度的转动副（Revolute）、单自由度移动副（Prismatic）、球面副（Spherical有三个自由度）、平面副（Planar）、万向轴节（Universal）、圆柱副（Cylinder）、螺旋副（Screw）及六自由度（six－DOF）等（5）检测与驱动模块（sensors&Actuators）用以检测刚体的线速度、角速度、位置和加速度等信息。将其输出端连接到示波器上显示出来。驱动模块用来给机构添加simulink输入量。6.6.3机构系统仿真举例例：如图所示的平面四连杆机构的运动简图，其几何尺寸如图所示，建立机构的系统仿真模型并给出C点的仿真结果。从图示给定参数可得:LAB=10cmLBC=14.14cmLCD=28.28cmLAD=30cm•2、建立仿真模块系统BFRevoluteDBFRevoluteCBFRevoluteBBFRevoluteAGroundDGroundCS1CS2BodyBCCS1CS2BodyCDCS1CS2BodyAB•仿真参数设定•（1）对转动副A、C进行参数设置Jiontsensor检测模块进行设置•修改模型如图所示StepScopeBFRevoluteDBFRevoluteCBFRevoluteBBFRevoluteAJointSensorJointActuatorGroundDGroundCS1CS2BodyBCCS1CS2BodyCDCS1CS2BodyAB四杆机构中机架坐标系的设定Ground（机架）坐标的设定Ground1（机架）坐标的设定四杆机构中刚体参数的设定（1）连杆长度确定gVmLAB=10cmLBC=14.14cmLCD=28.28cmLAD=30cm（2）刚体质量和惯性矩的确定对于圆截面杆来说，连杆的惯性矩为：12/12/2/222mLmLmrT（3）刚体AB杆参数设定（3）刚体BC杆参数设定（4）CD杆参数设定环境影响StepScopeBFRevoluteDBFRevoluteCBFRevoluteBBFRevoluteAEnvMachineEnvironmentJointSensor1JointSensorJointActuatorGround1GroundCS1CS2BodyBCCS1CS2BodyCDCS1CS2BodyAB（5）环境mechanicalenviroment参数设定Forwarddynamics：前向动力学分析Inversedynamics：逆向动力学分析