【正文】 特色。 MATLAB/SIMULINK 的特點 MATLAB 具有以下特點： 1). Matlab 有強大的自帶的幫助手冊，基于 HTML 的完整的幫助功能； 2). 運算符豐富。其強項就是其強大的矩陣計算以及仿真能力。 Simulink 就是一個用以對動態(tài)系統(tǒng)進行建模、仿真和分析 的軟件包，其主要功能是預(yù)先對動態(tài)系統(tǒng)進行仿真和分析，從而在形成實際系統(tǒng)之前，能進行適時的修正，以減少系統(tǒng)反復(fù)修改的時間，實現(xiàn)高效開發(fā)的目的。 圖 3 曲柄滑塊機構(gòu) 曲柄滑塊機構(gòu)的相關(guān)知識 曲柄滑塊機構(gòu)是鉸鏈四桿機構(gòu)的演化形式 ,由若干剛性構(gòu)件用低副 (回轉(zhuǎn)副、移動副 )聯(lián)接而成的一種機構(gòu)。在曲柄搖桿機構(gòu)中，若以曲柄為原動件時，可將曲柄的連續(xù)運動轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿的往復(fù)擺動；若以搖桿為原動件時，可將搖桿的擺動轉(zhuǎn)變?yōu)榍恼苻D(zhuǎn)動。 雖然可以利用連桿機構(gòu)來滿足一些運動規(guī)律和運動軌跡的設(shè)計要求，但其設(shè)計十分繁難，且一般只能近似地得以滿足。此時，如果取最短桿為機架，則得到雙曲柄機構(gòu)；若取最短桿的任何一個相連桿為機架，則得到曲柄搖桿機構(gòu)；如果取最短桿對面構(gòu)件為機架，則得到雙搖桿機構(gòu)。諸如牛頭刨床、腳踏式脫粒機、機車車輪聯(lián)動機構(gòu)、鶴式起重機、顎式破碎機、人造衛(wèi)星太陽能板的展開機構(gòu)、機械手的傳動機構(gòu)，折 疊傘的收放機構(gòu)及人體假肢等也都擁有連桿機構(gòu)，連桿機構(gòu)的共同特點是原動件的運動都要經(jīng)過一個不與機架直接相連的中間構(gòu)件（稱為連桿）才能傳動到從動件故稱為連桿機構(gòu)。 曲柄滑塊機構(gòu)廣泛應(yīng)用于往復(fù)活塞式發(fā)動機、壓縮機、沖床等的主機構(gòu)中。附加的工具箱（單獨提供的專用 MATLAB 函數(shù)集）擴展了 MATLAB 環(huán)境，以解決這些應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)特定類型的問題。其運動副元 素為面接觸，壓力較小，承載能力較大，潤滑好，磨損小，加工制造容易，且連桿機構(gòu)中的低副一般是幾何封閉，對保證工作的可靠性有利。 急回運動特性 在曲柄搖桿機構(gòu)中，當搖桿位于兩個極限位置時，曲柄兩個對應(yīng)位置夾的銳角被稱為極位夾角。注意到對多桿多自由度平面連桿機構(gòu)的研究，并提出了一些有關(guān)這類機構(gòu)的分析及綜合的方法。 3）雙搖桿機構(gòu) 若鉸鏈四桿機構(gòu)的兩個連架桿都是搖桿（圖 1 c），則稱其為雙搖桿機構(gòu)（ doublerocker mechanism） 4）曲柄滑塊機構(gòu) 在圖 2(a)所示的曲柄搖桿機構(gòu)運動時，鉸鏈 C將沿圓弧 β β 做 往復(fù)運動?；蛘邔⒒瑝K的往復(fù)直線運動轉(zhuǎn)換為曲柄的回轉(zhuǎn)運動。它提供了大量對應(yīng)實際系統(tǒng)的元件，如：剛體、鉸鏈、約束、坐標系統(tǒng)、作動器和傳感器等。在歐美很多大公司在將產(chǎn)品投入實際使用之前都會進行仿真試驗，他們所主要使用的仿真軟件就是 Simulink。 4). 程序限制不嚴格，程序設(shè)計自由度大。開放性也許是 MATLAB 最受人們歡迎的特點。 8) 圖形化的調(diào)試器和剖析器來檢查仿真結(jié)果，診斷設(shè)計的性能和異常行為。也正是計算機技術(shù)的介入，改變了許多學(xué)科的結(jié)構(gòu)、研究內(nèi)容和研究方向， 以前人們主要利用幾何圖解法，但其求解精度和使用范圍都受到很大的限制，圖解法形象直觀 ,但精度不高 ,難以求解復(fù)雜機構(gòu) . 設(shè)計任務(wù)和內(nèi)容 運用 SimMechanics 動態(tài)仿真工具，很好地對機械系統(tǒng)的各種運動進行分析，構(gòu)造出平面連桿機構(gòu)的數(shù)學(xué)模型。它具有系統(tǒng)建模方便直觀、仿真功能強大、自動模型分析等優(yōu)勢、不需要編程，可 很好地對機械系統(tǒng)的各種運動進行分析，從而為機械系統(tǒng)的建模仿真提供一個強大而方便的工具。 程序的設(shè)計實現(xiàn) 1） 機構(gòu)的運動分析 曲柄滑塊機構(gòu)是機械設(shè)計中常用的一種機構(gòu)，機構(gòu)運動分析就是根據(jù)給定的原動件運動規(guī)律，求出機構(gòu)中其他構(gòu)件的運動。 圖 9 曲柄滑塊機構(gòu)運動簡圖 基于運動學(xué)的模擬模型建立 打開 Simulink，點 擊 new model 出現(xiàn)如下圖所示窗口： 13 圖 10 new model 打開 SimMechanics 窗口 （或輸入 mechlib 命令） 可得到 下圖： 圖 11 SimMechanics 雙擊 bodies， 可以打開 下圖 ： 14 圖 12 bodies 選擇 Machine Environment， Ground， Body 三個 模塊，拖至 newmodel 中 雙擊 Joints 如下圖： 圖 13 Joints 選擇 Revolute， prismatic 模塊， 拖至 new model 中 15 雙擊 Sensors Actuators 如下圖： 圖 14 Sensors Actuators 選擇 Joint Sensor 模塊和 Joint Initial Condition 模塊拖至 new model 中 然后再 Simulink 中找到 scope 模塊 XY Graph 模塊 和 step 模塊 拖至 new model 中 ； 然后依次連接各模塊，可以得到下圖： 圖 15 曲柄滑塊機構(gòu)仿真 框圖 16 模塊參數(shù)的設(shè)置 1） Ground 模塊： 雙擊 Ground 模塊：如下圖輸入?yún)?shù)， Ground A 并復(fù)選 Show Machine Environment 選項。 圖 18 Body 模塊 4） Prismatic 模塊設(shè)置如下： 在 ParametersAxes 對話框中輸入 [1 0 0 設(shè)置轉(zhuǎn)動軸矢量為 [1 0 0]，即 Body 與Ground 模塊間 沿著 X 軸方向平行移動 。 在現(xiàn)實生活和實際 應(yīng)用中平面四桿機構(gòu)和曲柄滑塊機構(gòu)雖然簡單，制造比較方便但其性能有很多的局限性，有時四按機構(gòu)遠遠不能滿足應(yīng)用需求，為了需要有時必須采用六桿機構(gòu)、八桿機構(gòu)和多桿機構(gòu)，由于時間和能力關(guān)系這次軟件設(shè)計沒有考慮多桿機構(gòu)的相關(guān)設(shè)計。 本次畢業(yè)設(shè)計凸顯了我一些在計算機編程方面的弱勢，計算機運用能力有待提高，此次用到的程序達到了基本的運算分析仿真功能，但是在人機更高水平的互動上尚有待提高和完善。 25 第五章 設(shè)計心得 通過這次畢業(yè)設(shè)計，我 得到了很大的 收獲。 20 圖 22 Scope 模塊 設(shè)置 8） 機械環(huán)境模塊： 打開機械環(huán)境模塊參數(shù)對話框，保持默認值如圖示： 圖 23 機械環(huán)境模塊 仿真結(jié)果及圖像顯示 滑塊的圖像顯示 1） 曲柄滑塊機構(gòu)仿真結(jié)果 參數(shù)設(shè)置之后運行得到仿真結(jié)果，曲柄滑塊機構(gòu)運行之后得到如下圖所示界面 ： 21 圖 24 仿真結(jié)果的動畫顯示 2） 在 Scope 中可以查看出運動副的位移圖，速度圖以及加速度圖，因為參數(shù)設(shè)計時為了更清楚的看到運動副的位移圖，速度圖，加速度圖，只選了其中一種顯示，要查看其他的圖像，只要在換其他選項即可。 2）剛體坐標系統(tǒng) —— 定義坐標的位置和方向。加速度分析為慣性力計算提供加速度數(shù)據(jù)。同時有大 量的第三方軟件和硬件可應(yīng)用于或被要求應(yīng)用于 Simulink Simulink 工具的界面展示如下圖： 圖 8 Simulink 界面展示圖 2） SimMechanics SimMechanics 立足于 Simulink 之上，是進行控制器和對象系統(tǒng)跨領(lǐng)域 /學(xué)科的研究分析環(huán)境。 連桿 BC 的長度為 L2，與水平方向的初始夾角為 θc ，速度為 vc。以往大多程序都采用結(jié)構(gòu)化編程，不同的機構(gòu)需要編制不同的 程序，應(yīng)用非常有限。 4）通過 Model Explorer 導(dǎo)航、創(chuàng)建、配置、搜索模型中的任意信號、參數(shù)、屬 8 性，生成模型代碼。 7). 語言簡潔緊湊，使用方便靈活，庫函數(shù)極其豐富。 Simulink 提供了利用鼠標拖放的方法建立系統(tǒng)框圖模型的圖形界面，而且 Simulink 還提供了豐富的功能塊以及不同的專 業(yè)模塊集合，利用 Simulink 幾乎可以做到不書寫一行代碼完成整個動態(tài)系統(tǒng)的建模工作。 MATLAB 作為和 Mathematica、 Maple 并列的三大數(shù)學(xué)軟件。它將數(shù)值分析、矩陣計算、科學(xué) 6 數(shù)據(jù)可視化以