【正文】 及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強大功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中，為科學研究、工程設計以及必須進行有效數(shù)值計算的眾多科學領域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設計語言（如 C、 Fortran）的編輯模式，代表了當今國際科學計算軟件的先進水平。曲柄滑塊機構在沖床、內(nèi)燃機、空壓機等中得到廣泛的應用。 四連桿機構的基本形式 : 3 圖 1 常見四桿機構 1）曲柄搖桿機構 鉸鏈四桿機構的兩個連架桿中，若其一為曲柄，另一為搖桿（圖 1 a），則稱其為曲柄搖桿機構（ crankrocker mechanism）。 四連桿機構的現(xiàn)狀 : 利用連桿機構還可很方便地用來改變運動的傳遞方向、擴大行程、實現(xiàn)增力和遠距離傳動等目的。 3)在有整裝副存在的鉸鏈四桿機構中，最短桿兩端的轉動副均為周轉副。 連桿機構的應用十分廣泛，它不僅在工程機械中而且在農(nóng)業(yè)和現(xiàn)實生活中也有廣泛的應用。曲柄滑塊機構中與機架構成移 動副的構件為滑塊，通過轉動副聯(lián)接曲柄和滑塊的構件為連桿 。 可以方便地實現(xiàn)對機構的運動分析及模擬。 2）在連桿機構中，原動件的運動規(guī)律不變，可用改變各構件的相對長度來使從動件得到不同的運動規(guī)律。用表示通常用行程速度變化系數(shù) K 來衡量急回運動的相對程度。在設計要求上已不再局限于運動學要求， 而是同時兼顧機構的動力學特性，特別是對于高速機械，考慮構件彈性變形的運動彈性動力學（ KED）已得到很快的發(fā)展?，F(xiàn)如圖 (b)所示，設將搖桿 3做成滑塊形式，使其沿圓弧導軌 β β 往復滑動，顯然其運動性質不發(fā) 生改變，但此時鉸鏈四桿機構已演化為具有曲線導軌的曲柄滑塊機構。對曲柄滑塊機構進行運動特性分析是當已知各構件尺寸參數(shù)、位置參數(shù)和原動件運動規(guī)律時 ,研究機構其余 構件上各點的軌跡、位移、速度、加速度等 ,從而評價機構是否滿足工作性能要求 ,機構是否發(fā)生運動干涉等。使用這些模塊可以方便的建立復雜機械系統(tǒng)的圖示化模型， 進行機械系統(tǒng)的單獨分析或與任何 Simulink 設計的控制器及其它動態(tài)系統(tǒng)相連進行綜合仿真。 Matlab提供了自己的編譯器：全面兼容 C++以及 Fortran 兩大語言。 5). 程序的可移植性很好，基本上不做修改就可以在各種型號的計算機和操作系統(tǒng)上運行。除內(nèi)部函數(shù)以外，所有 MATLAB 的核心文件和工具箱 文件都是可讀可改的源文件，用戶可通過對源文件的修改以及加入自己的文件構成新的工具箱。 9) 可訪問 MATLAB 從而對結果進行分析與可視化，定制建模環(huán)境，定義信號參數(shù)和測試數(shù)據(jù)。通過對此數(shù)學模型分析，分離出可獨立求解的機構模型，并用相應的機構分析方法對它進行求解，建立了平面連桿機構運動學 9 分析專家系統(tǒng)。 11 第三章 程序的設計與實現(xiàn) 系統(tǒng)的組成 1） Simulink 系統(tǒng) Simulink 是 MATLAB 最重要的組件之一，它提供一個動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。如果鉸鏈四桿機構的各桿長度滿足桿長條件，則有。 圖 16 Ground 模塊 2） Revolute 模塊： 在 Number of Sensor/actuatorPorts 對話框中為 需要 添加一個傳感器或激勵器接口 的， 對話框中選擇 1。 在 Prismatic 模塊設置中 需接入傳感器把number of sensor/actuator ports 中改為 1. 18 圖 19 Prismatic 模塊 5） 傳感器模塊： 模塊設置如圖，在原始輸出值選項區(qū)內(nèi)選中角位移（ Angle） 、 角速度（ Angle velocity） 和角加速度 (Acceleration)，單位分別為 deg、 deg/s， deg/s^2， 并取消下端 Output selected parameters as one signal 選項，這樣輸出兩個值就會有對應的兩條信號線。由于 MATLAB 軟件容量較大，對硬件的要求程度也相對較高，它和其他高級程序相比，程序的執(zhí)行速度較慢。使我不僅接受了全新的思想觀念，還樹立了嚴謹?shù)膶W術研究態(tài)度，領會了基本的思考方式，掌握了通用的研究方法。由于能力關系該軟件沒有經(jīng)過加密和封裝，使用人 員由于操作失誤會更改軟件內(nèi)部的參數(shù)和程序，而引起運算和模擬的錯誤。 19 圖 20 傳感器模塊 6） Joint Initial Condition 模塊： 模塊設置如圖 圖 21 Joint Initial Condition 模塊 7） Scope 模塊 雙擊打開模塊，單擊 按鈕，彈出設置框，在 General 區(qū)內(nèi) Numbleof axes設置框內(nèi)輸入 1，單擊 OK 后示波器模塊將變成如下圖的雙波形圖。 圖 17 Revolute 模塊 17 3） Body 模塊： 1）質量屬性 —— 質量和慣性張量： Mass（質量）設置 參數(shù)如圖。速度分析可以確定機構從動件的速度是否合乎要求 。 Simulink 具有適應面廣、結構和流程清晰及仿真精細、貼近實際、效率高、靈活等優(yōu)點，并基于以上優(yōu)點 Simulink 已被廣泛應用于控制理論和數(shù)字信號處理的復雜仿真和設計。 2) 機構的系統(tǒng)仿真 根據(jù)曲柄滑塊機構的示例 , 作出機構的運動簡圖 . 3) 模塊的選擇 從 Simlink 工具以及 SimMechanics 中選擇需要的模塊，然后拖至建立好的new model 窗口中 . 4) 仿真框圖繪制 把各模塊按照一定的次序連接起來，連接的過程中要參照機構的模型連接 . 5) 模塊參數(shù)設置 設置各模塊參數(shù)，根據(jù)機構的各桿長度，計算出連接點的坐標以及桿件的質心坐標，并對應填寫，其中桿件默認有三個坐標系，剛體重心坐標系（ CG）和兩 個附加坐標系 CS1 和 CS2. 6) 運行仿真 點擊運行按鈕，進行仿真 . 7) 查看仿真結果 通過查看動畫演示圖以及 Scope 中的運動副的位移圖，速度，加速度圖對機構進行分析 . 關鍵問題和難點分析 曲柄滑塊機構的數(shù)學建模 曲柄 滑塊機構設計如圖，整個連桿機構的幾何尺寸在圖中給出， 曲柄 A B 的長度為 L1 ， 與水平方向的初始夾角為 i， 角速度為 W ， 端點 B 處的線速度為 vb。 第二章 設計任務分析 課題的背景和意義 析法是通過已知參數(shù)建立數(shù)學模型，求解未知參數(shù)。 3）以設計功能的層次性來分割模型，實現(xiàn)對復雜設計的管理。在 MATLAB 里，數(shù)據(jù)的可視化非常簡單。 Matlab 已經(jīng)成為廣大科研人員的最值得信賴的助手和朋友！ 7 Simulink 是基于 MATLAB 的框圖設計環(huán)境，可以用來對各種動態(tài)系統(tǒng)進行建模、分析和仿真，它的建模范圍廣泛，可以針對任何能夠用數(shù)學來描述的系統(tǒng)進行建模，例如航空航天動力學系統(tǒng)、衛(wèi)星控制制導系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、船舶及汽車等等，其中了包括連續(xù)、離散，條件執(zhí)行，事件驅動，單速率、多速率和混雜系統(tǒng)等等。仿真研究結果表明 :SimMechanics動態(tài)仿真工具具有系統(tǒng)建模方便直觀，仿真功能強大，自動模型分析等強大優(yōu)勢，可很好地對機械系統(tǒng)的各種運動進行分析 。 曲柄滑塊機構的分類 根據(jù)結構特點，將其分成三大類：對心曲柄滑塊、偏置曲柄滑塊、偏心輪機構 5 圖 4 對心曲柄滑塊機構 圖 5 偏置曲柄滑塊機構 圖 6 偏心輪機構 用軟件進行機 構運動學分析的現(xiàn)狀和趨勢 MATLAB 是由美國 mathworks 公司發(fā)布的主要面對科學計算、可視化以及交互式程序設計的高科技計算環(huán)境。其中圖 (a)為具有偏距 e的偏置曲柄滑塊機構 (offset slidercrank mechanism)；圖 (b)為無偏距的對心曲柄滑塊機構 (centric slidercrank mechanism)。隨著計算機的發(fā)展和現(xiàn)代數(shù)學工具的日益完善，以前不易解決的復雜平面連桿機構的設計問題，正在逐步獲得解決。對心曲柄滑塊機構無急回特性。