Ứng dụng công cụ Simmechanics mô phỏng hệ điều khiển cần trục

Tài liệu tham khảo Ứng dụng công cụ Simmechanics mô phỏng hệ điều khiển cần trục

Bộ giáo dục và đào tạo

Trường đại học bách khoa hà nội

cộng hoà x∙ hội chủ nghĩa việt nam

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp

Họ và tên sinh viên: Lưu Văn Hiệu Số hiệu sinh viên: 20001137

Họ và tên sinh viên: Lương Văn Hưng Số hiệu sinh viên: 20001464 Khoá: 45 Khoa: Cơ khí Ngành: Công nghệ chế tạo máy

- Các tài liệu về lý thuyết điều khiển

3 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

- Giới thiệu chung về Matlab, Simulink & Simmechanics

- Giới thiệu chung về cần trục

- Giới thiệu về bộ điều khiển PID

- Mô phỏng cơ cấu động học của cần trục trên Matlab

- Thiết kế & mô phỏng hệ điều khiển cần trục trên Matlab

- Kết quả của đồ án

4 Họ và tên cán bộ hướng dẫn:

ThS Đào Bá Phong

5 Ngày giao nhiệm vụ đồ án:

Bộ giáo dục và đào tạo Trường đại học bách khoa hà nội

-

Bản nhận xét đồ án tốt nghiệp Họ và tên sinh viên: Lưu Văn Hiệu Số hiệu sinh viên: 20001137 Họ và tên sinh viên: Lương Văn Hưng Số hiệu sinh viên: 20001464 Ngành: Công nghệ chế tạo máy Khoá: 45 Cán bộ hướng dần: ThS Đào Bá Phong Cán bộ duyệt: Nhận xét của giáo viên hướng dẫn:

Ngµy th¸ng n¨m

Ng−êi h−íng dÉn

Bộ giáo dục và đào tạo Trường đại học bách khoa hà nội

-

Bản nhận xét đồ án tốt nghiệp Họ và tên sinh viên: Lưu Văn Hiệu Số hiệu sinh viên: 2000 Họ và tên sinh viên: Lương Văn Hưng Số hiệu sinh viên: 20001464 Ngành: Công nghệ chế tạo máy Khoá: 45 Cán bộ hướng dần: ThS Đào Bá Phong Cán bộ duyệt: Nhận xét của giáo viên duyệt:

Ngµy th¸ng n¨m

Ng−êi duyÖt

Lời nói đầu

Công nghệ mô phỏng đang dần chiếm một vị trí quan trọng trong quá trình

sản xuất Bởi vì sau quá trình tính toán thiết kế chúng ta rất mong đợi một cách

nào đó xem hệ thống hoạt động có đúng như mong đợi không, tránh việc đi vào

sản xuất luôn mà chẳng may gặp nỗi thiết kế, tính toán nào đó gây lãng phí lớn

cả về vật chất lẫn thời gian Vì vậy cùng với quá trình tính toán thiết kế kết hợp

với công cụ mô phỏng chúng ta có thể mô phỏng luôn hệ thống để khảo sát hệ

thống, xem hệ thống hoạt động như thế nào … đã đúng như mong đợi chưa Qua

đó có thể rút ngắn thời gian và giảm chi phí nghiên cứu – phát triển sản phẩm

một cách đáng kể Điều này đặc biệt có ý nghĩa khi sản phẩm là các hệ thống

thiết bị kỹ thuật phức hợp với giá trị kinh tế cao

Cùng với sự phát triển của công nghệ điện tử và tin học Công nghệ mô phỏng

đang phát triển rất nhanh với hướng ứng dụng tin học Nhiều nước tiên tiến trên

thế giới đã nghiên cứu và cho ra đời những phần mềm mô phỏng mạnh với dao

diện đồ hoạ và khả năng hoạt động như thật Một trong những phần mềm đó là

phần mềm Matlab, một công cụ mạnh cho phép mô phỏng và khảo sát đối tượng,

hệ thống hay quá trình kỹ thuật – vật lý …vv

Bằng công cụ Simulink và SimMechanics trong phần mềm Matlab, với sự

giúp đỡ tận tình của thầy giáo Đào Bá Phong chúng tôi, hai sinh viên Lưu Văn

Hiệu và Lương Văn Hưng đã tiến hành thiết kế mô phỏng một hệ thống điều

khiển cần trục, một công cụ thiết yếu dùng trong xây dựng và công nghiệp để di

chuyển vật nặng, hàng hoá và vật liệu Trên cơ sở mô hình toán của cần trục

quay, chúng tôi thiết kế hai bộ điều khiển riêng bao gồm bộ điều khiển tịnh tiến

hướng kính và bộ điều khiển quay Bên trong mỗi bộ điều khiển , có hai bộ điều

khiển PID được dùng _ bộ điều khiển PID tự hiệu chỉnh cho đúng chuyển động

hướng kính và chuyển động quay của cần trục, bộ điều khiển PID làm giảm dần

sự dao động của vật nặng đến mức nhỏ nhất có thể Những kết quả mô phỏng

cho thấy rằng hoạt động của bộ điều khiển là tốt

Qua đây hai chúng tôi xin được bầy tỏ lòng biết ơn sâu xắc đến thầy giáo

Đào Bá Phong người đã tận tình hướng dẫn hai chúng tôi trong suốt quá trình

làm đồ án Cũng xin được cảm ơn thầy Hoàng Vĩnh Sinh đã cho chúng tôi

nhiều ý kiến quý báu giúp chúng tôi hoàn thành đồ án này

Do thời gian có hạn cũng như sự hạn chế về kiến thức của chúng tôi, hẳn

chúng tôi còn những thiếu sót rất mong những góp ý, những lời nhận xét bổ sung

của các thầy và các bạn sinh viên

Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, tháng 5 năm 2005

Hai sinh viên:

Lưu Văn Hiệu Lương Văn Hưng

Môc lôc

PhÇn1: PhÇn mÒn matlab, c«ng cô simulink vµ khèi

simmechanics 10

1.1 PhÇn mÒn matlab, c«ng cô simulink 10

1.2 c«ng cô simmechanics 10

1.2.1 Th− viÖn bodies 10

1.2.1.1 Khèi Body 10

1.2.1.2 Khèi Ground 17

1.2.2 Th− viÖn Constraints & Drivers 18

1.2.2.1 Khèi Angle driver 18

1.2.2.2 Khèi Distance driver 20

1.2.2.3 Khèi Linear driver 21

1.2.2.4 Khèi Velocity driver 22

1.2.2.5 Khèi Point- curve driver 24

1.2.2.6 Khèi Parallel constraint 26

1.2.2.7 Khèi Gear constraint 27

1.2.3 Th− viÖn Joints: 29

1.2.3.1 Khèi Primastic 29

1.2.3.2 Khèi Revolute 33

1.2.3.3 Khèi Spherical 34

1.2.3.4 Khèi Planar 36

1.2.3.5 Khèi Univeral 37

1.2.3.6 Khèi Cylindrical 39

1.2.3.7 Khèi Gimbal 40

1.2.3.8 Khèi Custom joint 41

1.2.3.9 Khèi Weld 43

1.2.3.10 Khèi Telescoping 44

1.2.3.11 Khèi In-Plane 45

1.2.3.12 Khèi Bushing 47

1.2.3.13 Khèi Bearing 48

1.2.3.14 Khèi SÜx-DoF 49

1.2.3.15 Khèi Screw 50

1.2.4 Th− viÖn Sensor & Actuators 52

1.2.4.1 Khèi Body actuator 52

1.2.4.2 Khèi Joint actuator 54

1.2.4.3 Khèi Driver Actuator 58

1.2.4.4 Khèi Body sensor 61

1.2.4.5 Khèi Joint sensor 64

1.2.4.6 Khèi Constraint & driver sensor 69

1.2.4.7 Khèi Joint Initial Condition Actuator 72

1.2.4.8 Khèi Joint Stiction Actuator 74

1.2.5 Th− viÖn Utilities 76

1.2.5.1 Khèi Connection ports 76

Phần2: ứNg dụng công cụ simmechanics mô phỏng hệ

điều khiển cần trục 78

2.1 Giới thiệu về Cần trục 78

2.2 Đặt vấn đề 79

2.3 Mô phỏng hệ thống cơ động học của cần trục quay với công cụ SimMechanics 80

2.3.1 Các giả thiết khi mô phỏng 80

2.3.2 Mô phỏng hệ thống cơ động học 81

2.4 Sơ đồ hệ thống điều khiển 88

2.4.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 88

2.4.2 Chọn bộ điều khiển PID 89

2.4.2.1 Lý do chọn bộ điều khiển PID 89

2.4.2.2 Giới thiệu về bộ điều khiển PID 90

2.4.3 Sơ đồ các bộ điều khiển 92

2.4.3.1 Sơ đồ khối bộ điều khiển tịnh tiến hướng kính 92

2.4.3.2 Sơ đồ khối bộ điều khiển quay 93

2.5 Mô phỏng hệ thống điều khiển với công cụ Simulink 94

2.5.1 Mô phỏng bộ điều khiển tịnh tiến hướng kính 95

2.5.2 Mô phỏng bộ điều khiển quay 96

2.6 Ghép nối hệ thống điều khiển với hệ thống cơ động học 97

2.6.1 Khối tính toán thông số ghép nối 97

2.6.2 Ghép nối hệ điều khiển với hệ thống cơ động học 99

2.7 Tính toán bộ điều khiển PID 99

2.7.1 Định hướng tính toán các thông số bộ điều khiển PID 99

2.7.2 Tính toán các thông số PID cho bộ điều khiển tịnh tiến hướng kính 100 2.7.3 Tính toán các thông số PID cho bộ điều khiển quay 101

2.7.4 Kiểm tra và hiệu chỉnh các thông số PID trong trường hợp các bộ điều khiển đồng thời hoạt động 102

2.8 Mô phỏng & đánh giá chất lượng mô phỏng 102

2.8.1 Tiến hành mô phỏng 102

2.8.1.1 Kết quả mô phỏng khi không có hệ điều khiển 103

2.8.1.2 Kết quả mô phỏng khi có hệ điều khiển 103

2.9 hướng phát triển 117

Kết luận 118

Phần1: Phần mền matlab, công cụ simulink và

khối simmechanics

1.1 Phần mền matlab, công cụ simulink

MATLAB là một bộ chương trình phần mền lớn được viết cho máy tính PC nhằm hỗ trợ cho các tính toán khoa học kĩ thuật với các phần tử cơ bản là các ma trận Thuật ngữ Matlab là chữ viết tắt từ hai từ MATrix và LABoratory, thể hiện

định hướng chính của chương trình là các phép tính vector và ma trận Phần cốt lõi của chương trình bao gồm các hàm toán học, các chức năng xuất nhập cũng như các khả năng điều khiển chương trình

MATLAB cung cấp các toolbox với phạm vi chức năng chuyên dụng khác nhau Ví dụ như : một số toolbox liên quan tới điều khiển( control system toolbox, Optimzation toolbox ) ; các toolbox liên quan tới lĩnh vực điện, cơ khí

SIMULINK là một công cụ của MATLAB nhằm mục đích mô hình hoá, mô phỏng và khảo sát các hệ thống động học Giao diện đồ hoạ trên màn hình của SIMULINK cho phép thể hiện hệ thống dưới dạng sơ đồ tín hiệu với các khối chức năng quen thuộc SIMULINK cung cấp cho người sử dụng một thư viện rất phong phú, có sẵn với số lượng lớn các khối chức năng cho các hệ tuyến tính, phi tuyến và gián đoạn

1.2 công cụ simmechanics

SIMMECHANICS là một công cụ của Matlab cho phép người dùng mô hình hoá được các chi tiết cơ khí, từ đó xây dựng được mô hình các bộ phận máy, các máy cơ khí

SIMMECHANICS gồm có các thư viện và các khối sau:

• Một số hệ toạ độ Body tuỳ ý (CSs)

Một vật thể cứng được xác định trong không gian bởi vị trí trọng tâm và hướng của nó trong một hệ toạ độ nào đó Việc đặt những điều kiện ban đầu (Setting Body Initial Conditions) : Vị trí và hướng ban đầu của vật thể được cài

đặt bởi những mục nhập trong hộp thoại Body của nó Những điều kiện ban đầu

đó giữ nguyên không thay đổi; trừ phi, bạn nối nó với một khối tạo điều kiện ban

đầu cho khớp( Joint Initial Condition Actuator), bạn thay đổi điều kiện ban đầu của khớp đã được nối với Body trước khi bắt đầu mô phỏng, hoặc bạn kích động Body với một khối Body Actuator

Trong SimMechanics, bạn nhập vào thuộc tính của Body qua hai lớp, thuộc tính hình học và thuộc tính khối lượng:

• Thuộc tính hình học được xác định bởi hệ toạ độ Body của vật

° Hệ toạ độ Body cần đến ở mức tối thiểu là hệ toạ độ với gốc của nó

ở tại trọng tâm Điểm trọng tâm xác định cả vị trí ban đầu của toàn Body và là gốc của hệ toạ độ trọng tâm Bạn cũng phải đặt hướng cho những trục hệ toạ độ trọng tâm

° Bạn có thể đặt thêm một số hệ toạ độ Body trên Body Bạn phải định nghĩa mỗi hệ toạ độ Body bởi vị trí gốc của nó và hướng những trục toạ độ của

nó

° Mỗi sự kết nối của một khối Joint, Constraint/ Driver, Actuator, hoặc Sensor với một Body cần đến một điểm mấu trên Body Điểm mấu này là một trong số những gốc hệ toạ độ Body

° Hệ toạ độ Body trên khối sẵn sàng dùng cho việc nối kết hiện lên bởi cổng hệ toạ độ Body trên các bên của khối Bạn có thể cho hiện hay ân mỗi hệ toạ độ Body trên các phía của khối

° Tập hợp những gốc hệ toạ độ Body xác định vỏ lồi của Body, một trong số những hình biểu tượng xuất hiện biểu diễn một Body trong không gian

• Thuộc tính khối lượng được định nghĩa bởi khối lượng của Body và tensor quán tính

° Khối lượng là quán tính của Body ứng với gia tốc dịch chuyển của trọng tâm bằng 1 trong sự phản ứng với một lực tác dụng bằng 1 đơn vị

° Tensor quán tính thể hiện sự phân bố mật độ khối lượng trong Body

và điều khiển gia tốc quay của Body xung quanh trọng tâm bằng sự phản ứng với một mômen tác dụng

° Những thành phần của tensor quán tính điều khiển hướng ban đầu của Body và luôn luôn được thể hiện như trong những trục hệ toạ độ trọng tâm Hướng những trục hệ toạ độ trọng tâm đối với hệ toạ độ khác bên ngoài Body (World CS, một CS trên một Ground, hoặc một CS trên một Body khác) sau đó xác định hướng của Body đối với những Body khác hay đối với World

° Tensor quán tính của Body định nghĩa trục chính của nó, mômen và ellipsoid tương đương của nó, một trong số những hình biểu tượng xuất hiện cho

sự biểu diễn một Body trong không gian

Ngầm định trạng thái ban đầu của một Body (Default Initial State of a Body) Hai bộ thuộc tính đó xác định vị trí và hướng ban đầu của Body:

• Vị trí ban đầu của Body được đặt bởi vị trí trọng tâm của nó

• Hướng ban đầu được đặt bởi những thành phần tensor quán tính của nó (trong hệ toạ độ trọng tâm) và hướng của những trục toạ độ trọng tâm đối với hệ toạ độ khác trong máy

Điều kiện ban đầu của một máy có thể được thay đổi với khối Joint Initial Condition Actuator trước khi bắt đầu quá trình mô phỏng Nếu bạn không thay

đổi trạng thái ban đầu của một Body trước khi mô phỏng, SimMechanics đặt vị trí/ hướng ban đầu tới những mục hộp thoại Body của nó SimMechanics cũng

đặt những vận tốc dài/ góc ban đầu của Body là 0 trong trường hợp này

Hộp thoại và những thông số (Dialog Box and Parameters)

Hình 1.2.1.1a: Bảng thông số định nghĩa body

Hộp thoại có hai vùng hoạt động, Mass Properties và Body Cooordinate Systems

• Mass Properties

° Mass

Nhập vào khối lượng của Body trong vùng đầu tiên và chọn đơn vị trong danh mục kéo xuống phía bên phải, số thực hoặc biểu thức tương đương trong MATLAB Giá trị ngầm định là 1 và kg

° Inertia tensor

Nhập vào tensor quán tính (đối với những trục của hệ toạ độ trọng tâm Body) trong vùng đầu tiên và chọn đơn vị trong danh mục kéo xuống ở phía bên phải Tensor phải là ma trận số thực 3x3 Tensor ngầm định là ma trận đơn vị 3x3 Một tensor 0 zeros (3,3) định nghĩa khối lượng điểm Đơn vị ngầm định là kg-m2

• Body Coordinate Systems (Những hệ toạ độ Body)

° Configuring a Body Coordinate System (định cấu hình hệ toạ độ Body)

Bạn cài đặt hệ toạ độ Body trong vùng Body coordinate systems:

+ Ngầm định việc định cấu hình gồm có ba hệ toạ độ Body: Cần đến hệ toạ độ trọng tâm gắn với trọng tâm của Body và hai hệ toạ độ Body tuỳ ý khác,

được gọi là CS1 và CS2, để kết nối Joint, Constraint, hoặc Driver

+ Bạn có thể định cấu hình hệ toạ độ trọng tâm nhưng không thể xoá nó Bạn cũng không thể thêm hệ toạ độ trọng tâm, mặc dù bạn có thể sao lại hệ toạ

độ trọng tâm với tên khác

+ Những hệ toạ độ khác có thể được hình thành hoặc xoá như ý muốn + Định hình hệ toạ độ Body cần đến hai nhóm bước:

- Vị trí gốc hệ toạ độ Body trong bảng Position

- Định hướng các trục hệ toạ độ Body trong bảng Orientation

+ Định nghĩa hệ toạ độ Body cần quy vào một số cái khác, hệ toạ độ tồn tại trước Trong một khối Body, bạn có thể quy vào hệ toạ độ Body và Grounded theo ba cách Hệ toạ độ liên quan phải là:

- World

- Hệ toạ độ Body khác trên cùng một Body

- Adjoining CS, hệ toạ độ trên Body hàng xóm hoặc Ground trực tiếp nối với hệ toạ độ Body được chọn bởi một Joint, Constraint, hoặc Driver

Hình 1.2.1.1b: Hệ toạ độ của body liên quan

+ Lựa chọn giữa bảng Position hoặc Orientation với những thông số trong mỗi bảng

Mỗi hệ toạ độ Body được gắn với một tên, ví như CG cho hệ toạ độ trọng tâm,

và CS1, CS2, …, cho những hệ toạ độ thêm vào

• Định cấu hình cho bảng Position

Vùng Position cho mỗi hệ toạ độ Body xác định vị trí gốc của hệ toạ độ như một vector tịnh tiến

° Những thành phần bằng số của vector mang theo đơn vị

° Gốc được dời đi từ gốc của một cái khác, hệ toạ độ tồn tại trước trong máy móc của bạn bởi vector tịnh tiến này

° Những thành phần của vector tịnh tiến được định hướng đối với bộ trục toạ độ khác

Hình 1.2.1.1c: Thông số xác định các hệ toạ độ body

* Vector vị trí của gốc toạ độ [x y z]( Origin posittion vector [x y z])

Nhập vào vector tịnh tiến xác định vị trí gốc hệ toạ độ Body mà ta đang

định nghĩa

* Units

Lựa chọn đơn vị dài cho vector tịnh tiến Ngầm định là m

* Xác định gốc hệ toạ độ liên quan tới hệ toạ độ ta đang định nghĩa thông qua vector tịnh tiến ta đã nhập( Translated from the origin of)

Trong danh mục kéo xuống, có các sự lựa chọn khác, hệ toạ độ tồn tại trước trong máy móc của bạn mà xác định điểm bắt đầu cho vector tịnh tiến Sự lựa chọn là World, Adjoining, và hệ toạ độ Body khác trên Body này điểm cuối của vector tịnh tiến là gốc của hệ toạ độ body này

* Xác định hướng các trục của hệ toạ độ ta đang định nghĩa thông qua vector tịnh tiến đã nhập( Components in the axes of)

Trong danh mục kéo xuống, chọn hệ toạ độ mà những trục của nó xác

định những thành phần vector tịnh tiến Sự lựa chọn là WORLD, ADJOINING,

và hệ toạ độ Body khác trên Body này Những thành phần vector tịnh tiến được chiếu lên các trục của toạ độ được chọn trong cột này

• Định cấu hình cho vùng Orientation

Vùng Orientation cho mỗi hệ toạ độ Body xác định hướng của bộ ba trục hệ toạ độ đó như một như một vector quay:

Vector hướng xác định vector quay có ba thành phần

° Thành phần bằng số của vector mang theo đơn vị của nó

° Sự quay được định hướng đối với bộ những trục toạ độ của hệ toạ độ tồn tại trước trong môhình máy của bạn

° Những thành phần vector hướng được thể hiện trong sự qui ước miêu tả chuyển động quay

Hình 1.2.1.1d: Bảng thông số xác định hướng của body

* Orientation vector (Vector hướng)

Nhập vào những thành phần của vector quay mà xác định hướng những trục hệ toạ độ Body ý nghĩa hình học của những thành phần đó được xác định bởi cột “Specified using convention” Những mục nhập đặc biệt đối với hệ toạ độ trọng tâm định hướng các trục hệ toạ độ trọng tâm Cùng với mục nhập Inertia tensor trong Mass properties, những trục hệ toạ độ trọng tâm định hướng toàn bộ Body về hệ toạ độ khác trong máy móc của bạn

* Units

Lựa chọn đơn vị góc cho sự quay, độ hoặc rad Ngầm định là độ

Relative to coordinate system

Trong danh mục kéo xuống, lựa chọn hệ toạ độ tồn tại trước trong mô hình máy của bạn mà định nghĩa hướng ban đầu cho chuyển động quay Sự lựa chọn là WORLD, ADJOINING, và những hệ toạ độ khác trên Body này

* Specified using convention

Trong danh mục kéo xuống, lựa chọn kiểu biểu diễn cho chuyển động quay:

Rotation Conventions (Những qui ước quay)

Có ba qui ước chung miêu tả chuyển động quay:

• Euler

Qui ước góc Euler ấn định chuyển động quay những trục hệ toạ độ Body bởi

sự quay xung quanh ba trục theo thứ tự Những thành phần của vector cột 1x3 là lần lượt là góc quay xung quanh trục X, Y, Z băng đơn vị độ hoặc rad

Ví dụ như, Euler X-Y-Z có nghĩa là quay xung quanh trục X đầu tiên, tiếp theo là xung quanh trục Y, kế tiếp là xung quanh trục Z

• 3-by-3 Transform (Biến đổi ma trận 3x3)

Qui ước transform xác định sự quay như một ma trận quay trực giao không thứ nguyên Sự nghịch đảo ma trận trực giao R là bằng ma trận chuyển vị: R-1=RT Cột của R là những vector đơn vị (x,y,z) theo những trục hệ toạ độ Body Danh mục những đơn vị là không hoạt động

• Quaternion

Qui luật Quaternion xác định sự quay dưới hình thức góc trục như một vector cột không thứ nguyên 1x4

[nx*sin( /2) ny*sin( /2) nz*sin( /2) cos( /2)]

n=(nx, ny, nz) là một vector ba thành phần với chiều dài đơn vị:n*n = nx2 +

Ground nằm trong thư viện Bodies và nó chính là một body đặc biệt Nhưng chúng ta chỉ có thể nối một đầu của nó với một khớp Các khối ground tự động lấy hệ toạ độ có các trục song song với hệ tọa động World( gắn tại một trong các ground trước đó) và gốc tại ground point

Bất kì một mô hình Simmechanics nào cũng cần có ít nhất một ground

Bạn không thể nối các khối cảm biến cũng như kích động vào ground bởi vì chúng đâu có chuyển động

Bảng thông số

Hình 1.2.1.2: Bảng thông số xác định Ground

Thông số của ground chỉ có toạ độ gốc của ground trong hệ toạ độ World, đó

là một véctơ có ba thành phần và đơn vị của nó Khi bạn nhập thông số cho ground là [0 0 0] thì ground đó chính là tại gốc toạ độ Wrold

1.2.2 Thư viện Constraints & Drivers

1.2.2.1 Khối Angle driver

trong hệ toạ độ Body trên mỗi Body ở các bên của “Angle Driver”, sau đó truyền dẫn

động góc giữa những vector trục body như một hàm của thời gian

Khối Angle Driver định rõ góc θ được định nghĩa bởi công thức

cos = |aB.aF|/(|aB|.|aF|)

như một hàm của thời gian: = f(t) Bạn liên kết khối Angle Driver với một khối

Driver Actuator

Tín hiệu vào Simulink trong Driver Actuator xác định hàm truyền phụ thuộc thời gian f(t) và hai đạo hàm đầu của nó cũng như những đơn vị của nó Nếu bạn không kích động Angle Driver, khối này hoạt động như một sự cưỡng bức thời gian độc lập

mà làm cố định góc giữa hai trục Body ở tại giá trị ban đầu của nó trong suốt quá trình mô phỏng

Các Driver hạn chế bậc tự do tương đối giữa một cặp Body như hàm thời gian

định ra Một cách cục bộ trong máy, người ta thay thế một khớp như là sự diễn đạt bậc tự do Một cách toàn diện, khối Driver phải xuất hiện trong những vòng đóng Như những Body được kết nối với khớp, hai Body được kết nối với Driver theo thứ tự như base và follower, ấn định hướng chuyển động tương đối

Bạn cũng có thể nối một khối Driver với một Constraint&Driver Sensor, mà đo những phản lực/mômen giữa những Body truyền động

Hộp thoại và những thông số (Dialog Box and Parameters)

Hình 1.2.2.1: Bảng thông số của khối Angle Driver

Các thông số của khối Angle Driver

• Fixed axis: cho Base Body và Follower Body, theo thứ tự, nhập vào những vector trục body Ngầm định là [1 0 0]

• Reference csys (hệ toạ độ quy chiếu): Sử dụng danh mục kéo xuống, chọn

hệ toạ độ (World, base Body CS, hoặc follower Body CS) mà những trục toạ độ của chúng và những vector trục follower Body và base Body là cùng hướng với nhau Hệ toạ độ này cũng xác định phản lực/mômen mang ý nghĩa tuyệt đối Ngầm định là WORLD

1.2.2.2 Khối Distance driver

được giữ không âm trong khi mô phỏng

Cho r1, r2 là những vector vị trí gốc của CS1 trên một Body và của CS2 trên

một Body khác Distance Driver định ra khoảng cách vô hướng |r1 - r2| giữa những điểm đó như một hàm thời gian:

|r1 - r2| = f(t)

Bạn nối khối Distance Driver với một khối Driver Actuator

Hộp thoại và những thông số (Dialog Box and Parameters)

Hình 1.2.2.2: Bảng thông số của khối Distance Driver Hộp thoại có một vùng hoạt động, Connection parameters Vùng này hoạt

X, Y, or Z = f(t)

Bạn nối một khối Driver Actuator với Linear Driver

Hộp thoại và những thông số (Dialog Box and Parameters)

Hình 1.2.2.3: Bảng thông số của khối Linear Driver

Các thông số của khối Linear Driver

World axis: Trong danh mục kéo xuống, lựa chọn một thành phần của vector R giữa những gốc hệ toạ độ Body mà bạn muốn truyền động nh− một hàm thời gian Những thành phần đ−ợc đo đối với những trục hệ toạ độ World Sự lựa chọn là X, Y, hoặc Z Ngầm định là X

1.2.2.4 Khối Velocity driver

Cho vB, vF là hai vector vận tốc dài Body và ωB, ωF là hai vector vận tốc góc Body Cho cB, cF, dB, dF là những vector cố định Các chỉ số B và F ám chỉ base body và

follower body Khối Velocity Driver ấn định sự kết hợp tuyến tính này bởi:

cB vB + dB B - cF vF - dF F = f(t)

nh− một hàm thời gian f(t) Bạn định rõ vector cB, cF, dB, dF Bạn cũng nối một khối Driver Actuator với Velocity Driver

Hộp thoại và những thông số (Dialog Box and Parameters)

Hình 1.2.2.4: Bảng thông số của khối Velocity Driver

Các thông số của khối Velocity Driver

• Angular velocity units

Từ danh mục kéo xuống, lựa chọn những đơn vị chung cho tất cả những vector vận tốc góc Ngầm định là deg/s

Những vector dB và dF hoàn toàn mang những đơn vị chuyển đổi của chiều dài/góc Hàm truyền f(t) có những đơn vị vận tốc dài mà bạn cài đặt trong khối Driver Actuator bạn nối với Velocity Driver Nếu đơn vị f(t) là khác so với những đơn

vị đ−ợc đặt trong Linear velocity units trong hộp thoại này, những vector dB và dFhoàn toàn mang thêm nh−ng đơn vị chuyển đổi

• Linear velocity units

Từ danh mục kéo xuống, chọn đơn vị chung cho tất cả những vận tốc dài Ngầm

định là m/s

Hàm truyền f(t) có đơn vị đo vận tốc dài được cài đặt trong khối Driver Actuator

mà bạn liên kết với Velocity Driver Nếu đơn vị hàm số f(t) khác đơn vị vận tốc dài trong hộp thoại, vector cB và cF sẽ mang đơn vị thay thế

• Velocity coefficients for base

Phía dưới [x y z], nhập vào các vector hệ số vận tốc dài và vận tốc góc cho base Body Có các thành phần của dB và cB, theo thứ tự Ngầm định là [1 0 0]

Trong danh mục kéo xuống, lựa chọn các hệ toạ độ (World hoặc Base) mà các vector dB và cB là cùng hướng với các trục toạ độ của nó Ngầm định là WORLD Những vector dB và cB mang hoàn toàn các đơn vị chuyển đổi để biến đổi tất cả các vận tốc sang đơn vị vận tốc dài chung của f(t) mà bạn đã cài đặt trong khối Driver Actuator được nối

• Velocity coefficients for follower

Phía dưới [x y z], nhập vào các vector hệ số vận tốc dài và vận tốc góc cho follower Body Có những thành phần của dF và cF, theo tuần tự Ngầm định là [1 0 0] Trong danh mục kéo xuống, lựa chọn các hệ toạ độ (World hoặc Follower) mà các vector dF và cF là cùng hướng với những trục của nó Ngầm định là WORLD Những vector dB và cB mang hoàn toàn những đơn vị chuyển đổi để biến đổi tất cả những vận tốc sang đơn vị vận tốc dài chung của f(t) mà bạn đã cài đặt trong khối Driver Actuator được nối

1.2.2.5 Khối Point- curve driver

Mục đích

Cưỡng bức chuyển động của một điểm trên một Body di chuyển dọc theo một

đường cong trên một Body khác

Mô tả

Hai Body được nối bởi Point-Curve Constraint chỉ có thể di chuyển tương đối với Body kia nếu một điểm trên một Body di chuyển dọc theo một đường cong trên một Body khác Điểm trên một Body là gốc của hệ toạ độ Body mà một bên của Point-Curve Constraint nối Tương ứng với điểm bắt đầu của đường cong trên Body thứ hai

là gốc của hệ toạ độ Body mà bên thứ hai của Point-Curve Constraint được nối

Specifying the curve: Bạn xác định hàm đường cong trên Body thứ hai như một

đường spline với những điểm rời và điều kiện kết thúc

Hộp thoại và những thông số (Dialog Box and Parameters)

Hình 1.2.2.5: Bảng thông số của khối Point – Curve Contraint

Hộp thoại có hai vùng hoạt động, Connection parameters và Spline specification

Nó lưu giữ thông tin xác định của một đường đơn spline cho sự cưỡng ép

• Specifying the Spline

Hộp thoại Point-Curve Constraint cho bạn hai cách để xác định đường cong spline Cách thứ nhất là vào hộp thoại này những toạ độ điểm gẫy và điểm kết thúc trên follower và là thích hợp cho việc xác định đường cong ba chiều Cách thứ hai là hiển thị đồ thị và sửa chỉnh đường spline trong Edit spline editor (xem sau), chỉ thích hợp cho đường cong hai chiều trên follower

* Break point

Danh sách ở đây những thành phần theo trục x, y, z theo thứ tự, của những

điểm gẫy và điểm kết thúc mà định nghĩa cho spline:

X: vào (x0, x1, , xN+1) như một vector

Y: vào (y0, y1, , yN+1) như một vector

Z: vào (z , z , , z ) như một vector

Hai điểm, ba điển là tốt nhất

Ngầm định là natural Điều kiện cuối Periodic đóng đường spline

1.2.2.6 Khối Parallel constraint

Khối Parallel Constraint yêu cầu rằng:

|aB aF|/(|aB||aF|) = 1

Bạn ấn định hướng ban đầu để mà cả hai vector phải được giữ song song

Hộp thoại và những thông số (Dialog Box and Parameters)

Hình 1.2.2.6: Bảng thông số của khối Parallel Constraints

Các thông số của khối Parallel Constraints (Parameters)

• Parallel constraint axis [x y z]

Nhập vào vector trục xác định hướng ban đầu của hai vector trục body ab, af Những vector trục body đó được khống chế để luôn được giữ song song với hướng trục ban đầu Ngầm định là [1 0 0]: tương đương là trục X

• Reference csys ( hệ quy chiếu)

Dùng danh mục kéo xuống, lựa chọn hệ toạ độ ( World, the base Body CS, hoặc the follower Body CS) mà những trục Parallel constraint ban đầu cùng hướng với những trục toạ độ của nó CS này cũng quyết định ý nghĩa tuyệt đối của lực/mômen phản lực ở Constraint này ngầm định là WORLD

1.2.2.7 Khối Gear constraint

Mục đích

Cưỡng bức chuyển động quay của hai Body di chuyển dọc theo vòng tròn bước răng tiếp tuyến

Mô tả

Hai Body được nối bởi một khối Gear Constraint là được khống chế quay tương

đối dọc theo vòng tròn bước ở mỗi Body Các tâm vòng tròn bước là các gốc của các

hệ toạ độ Body ở chỗ khối Gear Constraint được nối nằm trên hai bên Vòng tròn bước là tiếp tuyến ở chỗ tiếp xúc

Cho r1, r2 là bán kính của hai vòng tròn bước và ω1, ω2 là vận tốc góc của hai Body Gear Constraint yêu cầu:

1r1 = 2r2

Bạn ấn định bán kính r1, r2 của vòng tròn bước

Hình 1.2.2.7a: Ví dụ sử dụng khối Gear Contraint

Đây là một ví dụ đơn giản cho biết kết cấu một phần mô hình có sử dung khối Gear Constraint

Hộp thoại và những thông số (Dialog Box and Parameters)

Hình 1.2.2.7b: Bảng thông số của khối Gear Constraint

Các thông số của khối Gear Constraint (Parameters)

• Pitch circle located at base

Nhập bán kính và đơn vị cho vòng tròn bước ở hệ toạ độ base Body Ngầm

định là 1 và m

• Pitch circle located at follower

Nhập bán kính và đơn vị cho vòng tròn bước ở hệ toạ độ follower Body Ngầm

Mô tả

Khối Prismatic biểu diễn một bậc tự do tịnh tiến đơn dọc một trục được xác

định giữa hai Body Khớp lăng trụ là một trong những khớp nguyên thuỷ của SimMechanics, cùng với khớp quay và khớp cầu

Khối Prismatic đã được lắp ráp: bạn phải kết nối mỗi bên của khớp với một khối Body ở điểm gốc hệ toạ độ Body, và những gốc của hệ toạ độ Body đó phải lằm dọc trục lăng trụ, với dung sai lắp ghép bên trong Những gốc hệ toạ độ Body đó không cần được sắp xếp vào một chỗ trong không gian

Bạn có thể nối khối Joint nào đó với hai và chỉ hai khối Body, và mỗi Joint có hai cổng nối ngầm định cho sự kết nối base Body và follower Body

Một khối Joint chỉ miêu tả chuyển động tương đối tưởng tượng của hai Body, không là chính những Body Bạn phải ấn định một hệ toạ độ quy chiếu để xác

định hướng của trục khớp

Hình 1.2.3.1a: Mô hình khớp trượt Chuyển động tịnh tiến của follower (xanh) tương đối với base (đỏ)

Hộp thoại và những thông số

Hình 1.2.3.1b: Bảng thông số của khối Prismatic

Hộp thoại có hai vùng hoạt động, Connection parameters và Parameters

° Number of sensor/actuator ports

Sử dụng danh mục quay tròn, bạn có thể đặt số những cổng nối thêm cần cho việc nối khối Joint Actuator hay khối Joint Sensor với khối này Ngầm định là 0

• Thông số

Lựa chọn giữa các bảng Axes và Advanced với các thông số của nó

Các mục nhập trên bảng Axes được yêu cầu Chúng xác định hướng của bậc

tự do tịnh tiến mà khớp lăng trụ thể hiện

Nhập vào ở đây như một vector 3 thành phần, hướng trục dọc theo hướng mà bậc

tự do tịnh tiến có thể di chuyển Vector ngầm định là [0 0 1]

° Reference csys

Sử dụng danh mục kéo xuống, lựa chọn hệ toạ độ (World, base Body CS, hay Follower Body CS) mà những trục hệ toạ độ của nó và vector trục tịnh tiến là cùng hướng Hệ toạ độ này cũng xác định tuyệt đối nghĩa là lực và chuyển động dọc trục khớp Ngầm định là World

• Advance

Bảng Advanced được chọn Bạn sử dụng nó để điều khiển SimMechanics thể hiện topology dưới dạng biểu đồ

Lựa chọn “Mark as the preferred cut joint”

Trong một vòng đóng, một và chỉ một khớp đ−ợc giao nhau trong suốt quá trình mô phỏng SimMechanics làm sự giao nhau bên trong và tự động

Nếu bạn muốn khớp đặc biệt này đ−ợc −u đãi thêm cho việc giao nhau trong suốt quá trình mô phỏng thì lựa chọn ô chọn Ngầm định là không đ−ợc chọn

Hộp thoại và những thông số (Dialog Box and Parameters)

Hình 1.2.3.2b: Bảng thông số của khối Revolute Các thông số của khối Revolute

Các thông số ở đây có vai trò như những thông số đối với khớp Prismatic vì vậy khi lựa chọn thì thưc hiện tương tự

Thông số quan trọng để cho khớp quay hoạt động là trục quay và việc ấn định

hệ toạ độ xác định trục quay đó

quay được xác định theo qui tắc bàn tay phải, và ba chuyển động quay cung nhau tạo thành một hệ thống bàn tay phải Khớp cầu là một trong số những khớp nguyên thuỷ SimMechanics, cùng với khớp lăng trụ và khớp quay

Hình 1.2.3.3a: Mô hình khối khớp cầu Hộp thoại và những thông số (Dialog Box and Parameters)

Hình 1.2.3.3b: Bảng thông số của khối Sperical

Các thông số của khối

Các thông số ở đây có vai trò như những thông số đối với khớp Prismatic vì vậy khi lựa chọn thì thực hiện tương tự

Thông số quan trọng để cho khớp cầu hoạt động là điểm quay và việc ấn định

hệ toạ độ xác định điểm quay đó

H×nh 1.2.3.4a: M« h×nh khíp hai bËc tù do tÞnh tiÕn

kÕt hîp mét bËc tù do quay

Hộp thoại và những thông số (Dialog Box and Parameters)

Hình 1.2.3.4b: Bảng thông số của khối Planar Các thông số của khối

Các thông số ở đây có vai trò như những thông số đối với khớp Prismatic và khớp Revolute vì vậy khi lựa chọn thì thưc hiện tương tự

Hình 1.2.3.5a: Mô hình khớp các_đăng

Hộp thoại và những thông số (Dialog Box and Parameters)

Hình 1.2.3.5b: Bảng thông số của khớp Universal Các thông số của khối Universal

Các thông số ở đây có vai trò như những thông số đối với khớp Revolute vì vậy khi lựa chọn thì thưc hiện tương tự

H×nh 1.2.3.6a: M« h×nh khíp trô Hép tho¹i vµ nh÷ng th«ng sè

H×nh 1.2.3.6b: B¶ng th«ng sè cña khèi Cylindrical

Các thông số của khối Cylindrical

Các thông số ở đây có vai trò như những thông số đối với khớp Prismatic và khớp Revolute vì vậy khi lựa chọn thì thưc hiện tương tự