Simscape Multibody简介与入门 (下)

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Simscape Multibody简介与入门 (下)

2023-12-25 08:15| 来源: 网络整理| 查看: 265

Simscape Multibody简介与入门 (下)

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开头简介

下图是摆动导杆的机构简图:

在这里插入图片描述

其中曲柄1为主动件。总共有3个构件,4个低副(三个转动副一个移动副),该机构自由度为1。 下面介绍从CAD软件导出xml文件,再导入到simulink的工作流程。

CAD建模

首先,依据上面的机构简图,在CAD软件中建立零件的三维模型,指定材料,然后零件之间通过恰当的约束与联接形成装配图,在专业CAD软件里面指定约束还是很方便的,对于熟悉CAD的同学操作起来应该很快。装配图: 在这里插入图片描述接下来就是将装配图导出xml文件,这就用到之前安装的插件了,不同软件具体操作可能不一样~Inventor操作倒是挺简单的。 在这里插入图片描述直接就生成对应的xml文件,还有附带的STEP模型。

Matlab导入XML

接着,打开Matlab,把Matlab的工作目录移到xml文件所在文件夹。使用smimport命令。 在这里插入图片描述smimport(‘filename’); filename为xml文件名(带后缀)。 成功后会自动新建一个Simulink模型,里面就是对应的物理网络。 在这里插入图片描述直接运行之后报错,检查错误信息,是因为过度约束的问题,将红圈内多余的约束去掉之后即能开始仿真,官方对于物理仿真推介的解算器是ode15s(stiff/NDF),还挺快的。 默认设置是仿真的时候会自动出现一个Mechanics Explorer窗口播放仿真动画。 在这里插入图片描述如果发现动画帧数过低,可能是因为仿真步长过大。解决方法是不断地眨眼,眨眼补帧 : ( 也可以通过缩小仿真的最大步长来增加帧数 : ) 各种高副低副还有坐标系测量模块实际上联接或测量的都是坐标系(固定在构件上,可以自定义这些坐标系,可以平移这些坐标系,也可以旋转它们)。

分析

对于这个机构,当曲柄作匀速转动的时候,滑块到转动副的水平距离应该是一个三角函数。我们可以通过施加一个力矩作用在曲柄上,并在simulink中增加坐标测量模块来考察这一点。 像各种高副低副模块,比如说转动副模块,都可以设置State Targets里的参数来设定初始位置、初始转速等。还可以对摩擦进行设置,这里设定为不存在摩擦力。另外,重力加速度设定为0。 在这里插入图片描述

在曲柄上加上一个作用0.5秒的0.001牛米的力矩, 用到一个“外力(矩)模块”(External Force and Torque): 在这里插入图片描述

坐标系的测量模块Transform Sensor

使用十分简单,测量B端和F端间距离,相对坐标,角度,角速度等数据,输出接一个PS-Simulink Convertor模块由物理信号转化成Simulink信号。测量出来的曲柄杆长跟CAD图里的杆长一致。 测量下图第二个坐标系(青蓝色的笛卡尔坐标系)在第一个坐标系x轴上的坐标。 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 按照我一开始想的,这个数值应该有一个正弦或者余弦的变化规律,但是出来却是下面这个样子: 在这里插入图片描述 后来我想了很久,才发现自己忽略了一个很基本的事实,虽然约束是理想约束,且0.5秒后撤掉力矩,但是曲柄并不是做匀速转动,而是会周期性的增减速。后来就在一瞬间发现自己的弱智之处,虽然没有了外力矩的作用,角动量守恒,但是这几个构件相对与曲柄-机架转轴转动惯量是变化的,导致角速度也在随着变化。 于是,把这几个构件的质量都设置为1e-6克(没法设置成0,哈哈),就是满足了各种力学课本上经常出现而又经常被忽略掉的一个条件,即忽略杆件自重。 于是就仿真出来一个余弦图了。 在这里插入图片描述动图:

相关资料

在Matlab控制台输入sm_four_bar即可打开官方的一个四连杆物理仿真例程,作为一个入门教学还是不错的。Help文档里搜索Simscape Multibody,也有很多有用的例程。

结语

其实本来是尝试用Simulink来做悬架的物理仿真,但是鉴于Adams使用得更广泛,所以这篇教程当做是摸索过程中的一个总结与笔记吧 Measure Measure



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