多体动力学软件和MATLAB/simulink联合仿真技术的应用
多体动力学软件和MATLAB/simulink联合 仿真技术的应用
孙洁
ABSTRACT Introduced the realization of co-simulation with multi-body dynamics software and MATLAB / Simulink, includingthemechanicalmodel,inputandoutputinterfacesandthecallofmodelinsimulinkcontrolsystem,analyzedthe advantages of co-simulation in the modeling and control, As an example, the paper introduces the specific applications of co-simulationinthebatterywindingtensioncontrolsystemandwindgeneratorsystemsbasedonRecurdynandADAMS. KEYWORDS Matlab/Simulink;co-simulation;tension 摘 要 介绍了多体动力学软件和MATLAB/Simulink联合仿真的实现过程,包括机械模型的建立,输入输出接口的设 置和simulink中控制部分对模型的调用,分析了联合仿真技术在建模和控制的方面的优势,最后以多体动力学仿真软件 Recurdyn和ADAMS为例讲述了联合仿真技术在电池卷绕系统中张力控制和风力发电机系统中的具体应用. 关键词 Matlab/Simulink;联合仿真;张力
1 引言
近年来,联合仿真是整个CAE行业发展的方 向, 因为只有对关键学科之间复杂交互作用的准确 表述才能保证真实地模拟物理现象.联合仿真技术开 创了一条效果很好而又不是很复杂的新途径.与传统 的产品的开发流程相比,采用多软件联合仿真的产品 开发流程,由于在设计阶段就可以对各种方案进行分 析,对比和优化,并且通过多软件联合仿真技术可以 在物理样机制造之前预计产品的各项性能指标,从而 很好的克服了传统设计流程的弊端,提高了产品的开 发效率,达到产品开发的最优目标[1]. 机电一体化产品基于仿真软件接口的多学科协 同建模的实施方法是采用学科常用的仿真软件进行 一体化产品仿真,机械系统建模采用多体动力学软 件,控制部分采用专门的控制软件,如果能够让机 械模型和控制设计两个单位一开始就共享信息,可 以利用整合的虚拟样机对机械系统和控制系统进行 反复的联合调试,直到获得满意的设计效果[2].
机械系统和控制系统的联合调试[3].如果发现问题, 又要分别回到单独的模型中修改,然后再进行物理样 机的建造和调试,这需要较长的开发周期. 多体动力学软件,例如:ADAMS, Recurdyn,AMEsim都提供了Controls模块,可以 将机械系统仿真分析工具同控制设计仿真软件有机 结合起来,将复杂的控制添加到机械系统样机模型 中,然后对系统进行联合分析.对于控制系统,就 直接利用了多体动力学仿真软件所建立的机械系统 仿真模型,而不需要使用数学公式建模.由于机械 系统和控制系统共同享有同一样机模型,可以利用 虚拟样机对机械系统和控制系统进行反复的调试, 直到获得满意的设计效果,然后进行物理样机的建 造和调试.大大的提高了设计效率,缩短了开发周 期,降低了开发产品的成本,获得了优化的系统整 体性能.联合仿真流程图如下图所示:
2 系统联合仿真技术简介
2.1联合仿真的优点
传统的机电控制系统设计中,机械模型和控制 模型虽然共同服务于一个系统,一个目标,但是它们 是各自独立的模型,分别采用功能不同的分析软件进 行设计,调试和试验,最后建造一个物理样机,进行
图1联合仿真流程图
近年来,随着产品与工程仿真技术的不断发 展,联合仿真技术在并联机器人,双腿行走机器人, 车辆稳定等大规模系统方面的有较广泛的应用.
2.2MATLAB/Simulink
Vol.3No.10/Oct.009 MATLAB 环境(又称为MATLAB 语言)是由美国 NewMexico大学的CleveMoler于1980年开始开 发的.Simulink是Matlab最重要的组件之一,是一 个进行动态系统建模,仿真和综合分析的集成软件 包,它可以处理的系统包括:线性,非线性系统; 离散,连续及混合系统;单任务,多任务离散事件 系统,发展到现在成为控制理论与控制工程及其计 算机仿真的强有力工具[4]. Simulink集成了许多面向各专业领域的系统模 块库,并且提供时/频域分析法,模拟及数字通信 系统的建模与仿真,经典/现代/智能控制系统设 计与仿真,运用它可以比较轻松地实现控制系统设 计.不同领域的系统设计者可以使用这些系统模 块快速构建自己的系统模型,被广泛应用于线性系 统,非线性系统,数字控制及数字信号处理的建模 和仿真中.

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