机电系统建模与仿真.docx
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机电系统建模与仿真.docx
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机电系统建模与仿真
考试成绩
任课教师
陕西科技大学研究生考试试卷
考试科目机电系统建模与仿真
专业机械制造及其自动化
年级机电研12
考生姓名贾延旭
考生类别日校生
注意事项
1. 试题随试卷交回;
2. 试卷评阅后,一周内送交研究生秘书处保存
3. 必修课以百分制计算成绩,考查课以五级计分(优、良、中、及格、不及格)计算成绩。
4.考生类别为日校生、工程硕士、高校教师、同等学历
Simmechanices:
平面四连杆机构仿真,主动杆3长度为0.12m,连杆2长度为1m,杆3长度为0.6m,杆2固定,铰接位置长度为0.867m。
主动杆3与水平轴X的夹角为60°,杆2的水平夹角为29.52°。
从该机构运动简图可见,整个系统有两个固定机架,3个刚体的连杆通过四个单自由度转动副和这两个固定机架相连,假设主动杆3绕铰4以w角速度转动,并假设为正弦信号,试分析杆2的两个端点3和2的运动轨迹。
1、绘制仿真框图
建立仿真框图雏形。
首先建立一个SimMechanics模型窗口,在SimMechanics的Bodys模型库中,分别选择并拖拽机械环形图标1次,固定端图标2次,刚体图标3次至模型窗口中;在Joint模型库中,选择并拖拽Revolute运动副图标4次至模型窗口中。
然后,修改模块名,旋转有关模块,并拖至合适位置,为了杆件的端点和杆件的运动轨迹,分别从检测和驱动模块中选择并拖拽JointSensor图标2次至模型窗中,并从Simulink信宿库中拖拽示波器图标1次至模型窗中。
如图所示。
完善模型。
该机构系统的世界坐标轴位置与虚拟现实工具箱中的设置相似,每个坐标旋转方向遵从右手法则。
所以在平面四连杆机构仿真中,可以认为在该系统中,x轴为由铰接点4指向铰接点1的方向,从纸面向上的方向即为z坐标轴的正方向。
双击Gound1模块图标,在弹出的对话窗口中勾选“ShowMachineEnvironmentPort”,以便增加与机器环境的连接端口,关闭模块后,即可连接该模块与机器环境模块;
双击Revolute3和Revolute2模块,在弹出的对话框中,Numberofsensor/actuatorports栏目的默认值为0,为了施加驱动信号,需要将其设置为1,以便自动输出一个新的端口;
双击示波器模块,在弹出的窗口中点选“Parameter”选项,之后再“General”选项卡页面,去除“floatingscope”选项,即可与两个JointSensor模块连接;
其他模块通过旋转、更名后连接,最终如图所示。
2、设置模块参数
设置机械环境。
双击机械环境模块图标,在弹出对话框中,对其进行设置;
机架的设置。
双击Ground2模块,弹出对话框,在“Parameters”栏中输入节点4的坐标值(-0.434,0.04,0)及其单位(m)。
机架Ground1的设置与此一样。
旋转副的设置。
双击Revolute4模块,弹出的对话窗中“ConnectionParameters”栏显示该运动副连接的连接关系,并可设置驱动信号数量。
在下方“Parameters”栏中的“Axes”用于设置旋转轴,由于节点4绕z轴旋转,故设置为[001];坐标系设置为“World”坐标系,此外,“base”和“follower”分别表示主动件和从动件。
“Advanced”栏可对模块进行封装,其余旋转副设置与此一样;
刚体设置。
双击Bar3模块,弹出的窗口中,其中“MassParameters”栏用于输入刚体的质量及转动惯量。
“Bodycoordinatesystem”用于输入刚体的位置和方向。
旋转副检测设置。
双击JointSensor1模块,弹出对话框,其中“Measurement”栏用于设置运动角度、角速度及角加速度单位,响应的反作用力矩及单位,测试基准极坐标系等。
3、仿真
单击示波器模块菜单条的
按钮,则各个波形窗口显示完整波形。
如图
Simulink:
在下图所示的系统中,已知质量m=1kg,阻尼b=2N.sec/m,弹簧系数100N/m,且质量块的初始位移x(0)=0.05m,其初始速度x’(0)=0m/sec,要求创建该系统的SIMULINK模型,并进行仿真运行。
弹簧—质量—阻尼系统
(1)建立理论数学模型
对于无外力作用的“弹簧—质量—阻尼”系统,据牛顿定律可写出:
代入具体数值并整理,可得
(2)建模的基本思路
1、采用积分模块代替求导模块;
2、右侧代数和采用求和模块实现。
3、为了观察位移随时间的变化,需要加入”示波器“模块。
(3)开启空白(新建)模型窗;
(4)从模型库复制所需模块到空白(新建)模型窗;
(5)修改模型参数
增益分别设置为2、100,加法符号更改为—
在积分器中设置初始位移x(0)=0.05m。
仿真解算器采用默认“ode45”,默认变步长,仿真终止时间10.
(6)保存文件exm07101.mdl,试运行。
双击scope示波器模块,点击仿真,在示波器中观察仿真结果。
单击scope显示窗上的纵坐标范围自动设置图标,显示图像如下
通过观察可以发现:
纵坐标的适当范围大致在[-0.06,0.06],仿真时间取[0,5]即可
(7)示波器纵坐标设置
用鼠标单击示波器的黑色显示屏,在弹出菜单中选择AxisProperties,引出纵坐标设置对话框。
把纵坐标的下限、上限分别设置为-0.06和0.06,单击ok,完成设置。
(8)示波器显示范围的修改
单击示波器的参数设置图标,在General卡片的Axis区的Timerange栏中填写5或auto,单击ok,完成设置(或直接在仿真窗口设置时间)
(9)曲线光滑设置
打开仿真参数面板,把DataImport/Export项中的Refinefactor从默认值1改为5,ok,完成设置。
再次运行,曲线光滑。
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