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Matlab中的Simulink和SimMechanics做仿真.pdf
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这里我们利用 Matlab 中的 Simulink 和 SimMechanics 做仿真,那么先来看看相关的资料。
SimMechanics
——机械系统建模和仿真
SimMechanics 扩展 Simscape™ 在三维机械系统建模的能力。用户可以不进行方程编程,而是借
助该多刚体仿真工具搭建模型,这个模型可以由刚体、铰链、约束以及外力组成。自动化3-D 动画生成工
具可做到仿真的可视化。用户也可通过从 CAD 系统中直接导入模型的质量、惯量、约束以及三维几何结
构。Real-Time Workshop 可以对 SimMchanics 模型进行自动化 C 代码生成,并在硬件在回路仿真过
程中可以使用生成的代码而不是硬件原型测试嵌入式控制器。
SimMechanics 可以用于开发悬架、机器手臂、外科医疗设备、起落架和大量的其它机械系统。用户
也可以在 SimMechanics 环境下集成其它的 MathWorks 物理建模工具,这样做可以实现更加复杂跨领
域的物理建模。
特点:
提供了三维刚体机械系统的建模环境
包含了一系列分析机械运动和设计机械元件尺寸的仿真技术
三维刚体可视化仿真
SimMechanics Link utility,提供 Pro/ENGINEER 和 SolidWorks CAD 平台的接口并且也
提供了 API 函数和其它 CAD 平台的接口
能够把模型转化为 C 代码(使用 Real-Time Workshop)
由于集成在 Simulink 环境中,因此可以建立高精度、非线性的模型以支持控制系统的开发和测
试。
强大功能:
搭建机械系统模型
使用 SimMechanics 用户仅需要收集物理系统信息即可建立三维机械系统模型。使用刚体、坐标系、
铰链和作用力元素定义和其它 Simulink 模型直接相连的部分。这个过程可以重用 Simulink 模型以及扩
展了 SimMechanics 工具的能力。用户还可把 Simulink 模型和 SimMechnics 模型集成为一个模块,并
可封装成可在其它模型中复用的子系统。
机械系统建模仿真和分析
SimMechanics 包含如下子系统:
使用 Simulink 查表模块和 SimMechanics 传感器和作动器定义的非线性的弹性单元
用来定义航空器件压力分布的空气动力学拖曳模块,例如副翼和方向舵
车辆悬架系统,例如防侧翻机械装置和控制器
轮胎模型
SimMechanics 系统包含如下模块:
具有质量的实体单元;
平移和旋转连接铰链单元;
向机械系统提供力和力矩作用的激励单元,可接受 Simulink 模型的信号;
测量机械系统运动物理量的传感器单元,可向 Simulink 模型输出信号。
机械系统动画显示
SimMechanics 中可以用 Virtual Reality 工具箱或是 MATLAB 图形方式生成系统三维动画。MATL
AB 图形方式能提供基本的动画显示,Virtual Reality 工具箱则能提供更加高级、真实的动画。两种工具
都可以用来显示机械系统的数值分析结果。
实体、铰链、约束和坐标系统
SimMechanics 支持任意数量的实体。实体通过质量属性,坐标系统定义,并通过铰链与其它实体相
连。
可以在系统的运动实体上添加相应的运动约束。约束通过使用 Simulink 信号限定实体,并以时间函
数的形式驱动实体运动来实现。
SimMechanics 界面为定义坐标系统,约束和驱动条件以及力/力矩的定义提供了多种方式。包括:
在实体上连接多个本地坐标,用于施加作用条件和测量物理量
通过添加自己订制的模块来定制扩展铰链库
在 SimMechanics 模块中使用 MATLAB 表达式和 Simulink 工具
激励器和传感器
Simulink 和 SimMechanics 模块之间的联系通过激励器和传感器模块来完成。激励器使用 Simulin
k 信号指定实体或铰链上的力和运动,包括:
指定实体或铰链的运动参数,如按某种时间函数变化的位移、速度或加速度
用 Simulink 信号(包括系统中传感器的反馈信号)指定力和力矩并施加在实体或铰链上
检测由不连续摩擦力引起的离散事件
计算系统的初始状态(位移和速度),用于动力学仿真
传感器模块用来检测实体和铰链的运动参数,并输出为 Simulink 信号。包括:
o
在 Simulink 示波器模块中显示系统的位移、速度和加速度
o
监视系统中的作用力
机械运动的仿真和分析
SimMechanics 为机械系统提供了如下仿真/分
析方式:
正向动力学分析 — 求解机械系统在给定激
励下的响应;
逆向运动学和动力学分析 — 求解机械系统
在给定运动结果时所需的力和力矩;
线性化分析 — 可求得系统在指定小扰动或
初始状态下的线性化模型,以分析系统响应性能;
平衡点分析 — 可以确定稳态平衡点,供系统分析和线性化使用。
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苦茶子12138
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