Simscape Multibody简介与入门（下）

本文主要是介绍Simscape Multibody简介与入门（下），希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

Simscape Multibody简介与入门（下）

转载自https://zhuanlan.zhihu.com/p/67768339

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。
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。
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

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：

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：