基于matlab的雙搖桿機構(gòu)運動分析與仿真(編輯修改稿)
2024-12-16 03:36 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 。 2 瞬心法優(yōu)點 : 速度分析比較簡單。瞬心法缺點：不適用多桿機構(gòu)； 如瞬心點落在紙外，求解不便；速度瞬心法只限于對速度進行分析，不能分析機構(gòu)的加速度；精度不高。圖解法因其作圖、計算工作量大、精度差的缺點，在實際工程設(shè)計應(yīng)用中有很大的局限性。 解析法一般是先建立機構(gòu)的位置方程，然后將位置方程對時間求導數(shù)得速度和加速度方程。解析法的計算工作量很大，傳統(tǒng)方法對于常見的連桿機構(gòu)的運動學、動力學分析 仍然是非常繁瑣，以至于很難對它進行深入的研究。 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(shè)計的高科技計算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計算、科學數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(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(shè)計以及必須進行有效數(shù)值計算的眾多科學領(lǐng)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(shè)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。 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)反復修改的時間，實現(xiàn)高效開發(fā)的目的。 SimMechanics 立足于 Simulink 之上，是進行控制器和對象系統(tǒng)跨領(lǐng)域 /學科的研究分析環(huán)境。 SimMechanics 為多體動力機械系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)提供了直觀有效的建模分析手段，一切工作均在 Simulink 環(huán)境中完成。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。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(shè)計的控制器及其它動態(tài)系統(tǒng)相連進行綜合仿真。 MATLAB/SIMLINK 的優(yōu)勢 MATLAB 既是一種直觀高效的計算機語言同時又是一個科學計算平臺，它為數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)可視化、算法和應(yīng)用程序開發(fā)提供了最核心的數(shù)學和高級圖形 3 工具。根據(jù)它提供的 500 多個數(shù)學和工程函數(shù)。工程技術(shù)人員和科學工作者可以在它的集成環(huán)境中交互或編程已完成各自的計算。 Simulink 是基于 MATLAB 的框 圖設(shè)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(qū)動，單速率、多速率和混雜系統(tǒng)等等。 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/SIMULINK 的特點 MATLAB 具有以下特點： 1). 功能強大，具有數(shù)值計算和符號計算、計算結(jié)果和編程可視化、數(shù)學和文字統(tǒng)一處理、離線和在線計算等功能。 2).界面友善、語言自然， MATLAB 以復數(shù)處理作為計算單元，指令表達與標準教科書的數(shù)學表達式相近。 3).開放性強，該公司本身就推出了 30 多個應(yīng)用工具箱，而世界上超過兩百家公司開發(fā)出與 MATLAB 兼容的第三方產(chǎn)品，這些產(chǎn)品向用戶提供更多的工具箱、模塊集、與其他商業(yè)產(chǎn)品的接口等。 Simulink 具有以下特點： 1） 豐富的可擴充的預(yù)定義模塊庫 2）交互式的圖形 編輯器 來組合和管 理直觀的模塊圖。 3）以設(shè)計功能的層次性來分割模型，實現(xiàn)對復雜設(shè)計的管理。 4）通過 Model Explorer 導航、創(chuàng)建、配置、搜索模型中的任意信號、參數(shù)、屬性，生成模型代碼。 5) 提供 API 用于與其他仿真程序的連接或與手寫代碼集成 6) 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。 7) 可訪問 MATLAB 從而對結(jié)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)。 二、 設(shè)計任務(wù)分析 設(shè)計的任務(wù)和內(nèi)容 4 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)學模型。通過對此數(shù)學模型分析，分離出可獨立求解的機構(gòu)模型，并用相應(yīng)的機構(gòu)分析方法對它進行求解，建立了平面連桿機構(gòu)運動學分析專家系統(tǒng)。 以 MATLAB 的 simulink\simMechanics 動態(tài) 模擬 仿真工具為平臺，建立了平面四連桿機構(gòu)動力學分析與動態(tài)模擬軟件，運用分析與動態(tài)模擬軟件，對雙搖桿機構(gòu)進行運動分析 。 實現(xiàn)的技術(shù)路線 1） 機構(gòu)的確定 鉸鏈四桿機構(gòu)的兩個連架桿中，若其一為曲柄，另一為搖桿，則其為曲柄搖桿機構(gòu)，若鉸鏈四桿機構(gòu)的兩個連架桿 都是搖桿，則其為雙搖桿機構(gòu) 。 2） 機構(gòu)系統(tǒng)仿真 根據(jù)四桿機構(gòu)的確定，作出機構(gòu)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(gòu)的模型連接 5） 模塊參數(shù)設(shè)置 設(shè)置各模塊參數(shù)，根據(jù)機構(gòu)的各桿長度，計算出連接點的坐標以及桿件的質(zhì)心坐標，并對應(yīng)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(jié)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 5 構(gòu)進行分析 下圖為實現(xiàn)的流程圖： 機構(gòu)的確定機構(gòu)的仿真模塊的選擇仿真框圖繪制模塊參數(shù)設(shè)置運行仿真查看仿真結(jié)果 圖 21 實現(xiàn)的流程圖 關(guān)鍵問題和難點分析 四連桿機構(gòu)運動學數(shù)學建模 為研究和提高四
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