matlab机械机构仿真解读ppt课件.ppt
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1、4.SimMechanics建模及机构系统仿真,4.1 SimMechanics简介4.2 SimMechanics模块4.3 SimMechanics建模4.4 机构动态仿真实例分析,4.1 SimMechanics简介,SimMechanics是Matlab仿真中的一个工具箱,同时结合Simulink、Matlab的功能。利用SimMechanics模块框图对机构运动进行建模和动态仿真。通过一系列关联模块来表示机构系统,在仿真时通过SimMechanics可视化工具将机构系统简化为机构结构的直观显示。,4.2 SimMechanics模块,SimMechanics模块组提供了建模的必要模块
2、,可以直接在Simulink中使用。SimMechanics支持用户自定义的构件模块,可以设定质量和转动惯量。通过节点联接各个构件来表示可能的相对运动,还可以在适当的地方添加运动约束、驱动力。,模块组包含刚体子模块组(Bodies)、约束与驱动模块组(Constraints&Drivers)、力单元模块组(Force Elements)、接口单元模块组(Interface Elements)、运动铰 模块组(Joints)及 传感器和激励器模块组 (Sensors&Actuators) 和辅助工具模块组 (Utilities)。,4.2.1 刚体子模块组(Bodies)4.2.2 约束与驱动模
3、块组(Constraints&Drivers)4.2.3 力单元模块组(Force Elements)4.2.4 接口模块组(Interface Elements)4.2.5 运动铰模块组(Joints)4.2.6 传感器与激励器模块组(Sensors&Actuators)4.2.7 辅助工具模块组(Utilities),4.2.1 刚体子模块组(Bodies),双击此模块,弹出模块组,此模块组包括四个模块:刚体(Body)、机架(Ground)机械环境(Machine Enviroment)和共享机械环境(Shared Enviroment)。机械环境是为仿真定义环境变量。包含有重力、维数、
4、分析模式、约束求解器、误差、线性化和可视化。共享环境联接两个刚体模块使他们享有相同的机械环境。机架只有一个连接端,另外一个固定。,刚体有两个连接端,其中一个为主动端,另一端为从动端。使用刚体时可以定义质量、惯性矩、坐标原点、刚体的初始位置和角度。,双击该模块组,弹出如图所示。,4.2.2 约束与驱动模块组 (Constraints&Drivers),Angle Driver:设定两个刚体坐标间的角度。Distance Driver:设定两个坐标原点的距离。Gear Constraint:齿轮约束。Linear Driver:确定两个刚体坐标间的向量差。Parallel Constrant:平行
5、约束。Point-Constraint:曲线约束。Velocity Driver:确定两个刚体坐标间的相对线速度和角速度。,4.2.3 力单元模块组(Force Elements),Body Spring&Damper:在两个刚体之间施加线性阻尼振子。Joint Spring&Damper:在两个刚体间的单自由度铰或单自由度转动铰建立一个线性阻尼振荡力或力矩。,4.2.4 接口模块组(Interface Elements),双击模块弹出图示模块组 分别提供移动副接口和转动副接口。,4.2.5 运动铰模块组(Joints),双击模块,弹出图示模块组。,此模块组中提供了各种运动铰,利用这些运动铰就
6、可以将刚体构件连接起来。分别有Bearing(三个方向转动)、Bushing(三个方向移动,三个方向转动)、Custom Joint(自定义铰)、Cylindrical(柱面铰)、Gimbal(万向铰,旋转三个角度)、In-plane(平面内移动)、Planar(平面铰)、Prismatic(单自由运动铰)、Revolute(单自由转动铰)、Screw(螺旋铰)、Six-DoF(六自由度)、Spherical(球面铰,三个自由度)、Telescoping(一个方向移动一个方向转动)、Universal(万向铰,旋转两个角度)、Weld(刚节点)。,打开其中包含的两个子模块组Disassembl
7、ed Joints和Massless Connectors。1.双击Disassembled Joints,弹出如图模块组,其中模块是分解后的铰,不同于Joints中对应的铰,它们有不同的基准点。,2.双击Massless Connectors,弹出如图模块组,其中模块是Joint中对应的铰的组合。,4.2.6 传感器与激励器模块组(Sensors&Actuators),双击模块,弹出图示模块组。该模块组中的模块用来和普通的Simulink模块进行数据交换。,Body Actuator:通过广义力或力矩来驱动刚体。Body Sensor:刚体检测模块。Constraint&Drivr Sens
8、or:检测一对受约束刚体间的力或力矩。Driver Actuator:对一对互相约束的刚体施加相对运动。Joint Actuator:在铰链处施加力或力矩。Joint Initial Condition:在仿真之前给铰施加初始位移和速度。,Joint Sensor:铰检测模块。Joint Stiction Actuator:给铰施加初始位移和速度。Variable Mass&Inertia Actuator:在一个坐标系中,刚体的质量随时间变化。,4.2.7 辅助工具模块组(Utilities),双击模块弹出图示模块组,Connection Port:子系统物理建模连接端口。Continuou
9、s Angle:将传感器输出的非连续、有界角度转换成无界连续的角输出。Convert from Rotation Matrix to Virtual Reality Toolbox:将3*3的旋转矩阵转换成等价的VRML(虚拟现实语言)的旋转轴和角的形式。Mechanical Branching Bar:将多个sensor/actuator映射为铰(Joint)、约束(Constraint)、驱动器(Driver)或刚体坐标的系统的一个sensor/actuator端口。,4.3 SimMechnics建模,1.建模基本步骤 不管模型有多么复杂都可以用同样的步骤建立模型。这些步骤有些类似建造一
10、个Simulink模型。 (1)选择Groud、Body、和Joint模块:从Bodies和Joints模块组中拖放建立模型所必需的Body和Joint模块,还包括Machine Environment模块和至少一个Ground模块到Simulink窗口中。其中各个模块介绍如下:,Machine Environment模块是用来设定机器的机械参数设置。Ground模块表示将一个系统固结在一个惯性系统中。Body模块就表示刚体构件。Joint模块表示互相连接构件之间的相对运动。 (2)定位于联接模块:将Joint和Body模块拖放到适当的位置,然后按正确的顺序将它们依次连接起来,可参考如下形式:
11、 Machine EnvironmentGroundJointBodyJointBody-Body,整个系统可以是一个开环的或者是闭环的拓扑结构,但至少有一个构件是Ground模块,而且有一个环境设置模块直接与其相连。 一个构件可能不止两个铰(Joint),即可以产生分支。但是一个较只能连接两个构件。 (3)配置Body模块:双击模块,打开参数对话框,配置质量属性(质量和惯性矩),然后确定Body模块和Ground模块与整体坐标系或其他坐标系之间的关系。 (4)配置Joint模块:双击模块,打开参数对话框,设置移动或转动轴,或球面铰结点等。,(5)选择、连接和配置Constraint模块和Dr
12、iver模块:从它们的模块库中添加模块到模型窗口中,打开并配置它们每一个对话框,为了限制或驱动Constraint/Driver所连接的两个构件的相对运动。 (6)选择、连接和配置Actuator和Sensor模块:从对应的模块库中添加所需模块至模型窗口,并依次连接。通过Actuator模块确定控制信号,通过Sensor模块测量运动。Actuator、Sensor模块实现SimMechanics模块与Simulink模块的连接。利用这两个模块就能够达到与Simulink环境实现信号传递。,同时,Actuator模块从Simulink模块接受信号(如Sources模块库)来激励机构运动。Sens
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