ADAMS/Matlab联合仿真在机电一体化的应用

2010-03-20叶海平

漳州职业技术学院学报 2010年1期

叶海平

叶海平

（漳州职业技术学院机械与自动化工程系，福建漳州 363000）

应用ADAMS与Matlab/Simulink的联合仿真,研究了它们之间的接口方法。以一动力学仿真系统为例,利用Simulink向ADAMS输入了输入转速与外加负载。改变ADAMS只能仿真理想电机的局限，为使用Simulink构造复杂的电机模型和控制方式提供了基础。

机电一体化；仿真；联合仿真

1 利用ADAMS/Controls与Matlab/Simulink联合仿真设计流程

1.1 建立与验证机械系统模型

对于几何模型，对简单的模型可以利用ADAMS软件直接建模。而对于比较复杂的模型，可以较为方便地在各种三维建模软件，如: Solidworks、UG、ProE等中进行，然后按照一定的格式导入到ADAMS中，再给模型施加约束和作用力。“在进行机械和控制两大系统联合仿真分析之前，应该先利用ADAMS/View进行机械系统的仿真分析，确认机械系统建模正确无误后，再向样机模型添加控制系统”。[1]

1.2 确定ADAMS的输入、输出

ADAMS的输入输出是与Matlab设计的控制系统进行数据传递的接口。ADAMS的输出变量是进入控制系统的变量，输入变量是返回到ADAMS中的变量，从而完成了包括从ADAMS和Matlab/Simulink的一个闭环系统，如图2所示。“ADAMS中的输入变量相当于要求的输入控制量，输出变量相当于虚拟传感器的测量量。要注意的是，所有的输入必须被设置成变量，输出则可以是测量量”。[2]

1.3 应用Matlab/Simulink构造控制系统框图

利用Matlab/Simulink提供的模块库或用户自行编写S函数建立控制系统模型，设置各模块参数与所需测量量。同时，把ADAMS/View环境中建立的虚拟样机系统模型模块导入到Simulink中。

1.4 联合仿真

在Simulink环境下设置仿真参数，对虚拟样机模型进行联合仿真，绘出仿真曲线，观察仿真结果。“根据需要随时修改机械系统或控制系统，直到整个虚拟样机达到要求为止”。[3]

2 数控试验台机电一体化仿真

2.1 在ADAMSVIEW里面创建机械系统模型。

2.2 创建输入状态变量和输出状态变量。

2.3 将转台变量和机械模型关联起来。在图形区双击单分力图标，打开编辑对话框进行编辑。

2.4 分别指定输入变量和输出变量。

2.5 导出控制参数，首先要加载ADAMS/Controls，然后导出控制参数对话框进行参数设置。

2.6 “启动MATLAB，先把工作目录指向ADAMS的工作目录，然后在MATLAB命令窗口输入control_pid，接着输入adams_sys，弹出一个窗口。窗口内的adams_sub模块包含有非线性方程和许多有用的变量”。[4-5]

2.7 在MATLABSimulink里面建立控制方案。机械模块就是调用在ADAMS中建立的数学模型，它的输入是丝杠扭矩的轴向分力，输出是工作台的移动速度。如图1所示。

2.8 “设置MATLAB与ADAMS之间的数据交换参数。然后MATLABSimulink里面进行仿真设置和仿真计算。”[6]在设置仿真时间为10s，输入信号为正弦信号电压。可以得到仿真结果如图2，图3，图4所示。

3 结论

从仿真曲线中我们可以看到，当从MATLAB中输入一个类似于干扰信号的高频正弦波形时，干扰信号经过控制系统的放大，作用在ADAMS中输出的机械模型上使机械系统的最终输出变量v也发生了高频振动。这就为设计过程中误差预测、精度估算等工作提供了简单、快捷的方法，同时也可以改变MATLAB中的控制系统的某几个参数或者ADAMS中的机械系统的某几个设计指标来提高整个机床进给系统的整体性能。此设计方法可以很大的提高数控机床机电一体化设计的效率，并降低了设计成本。

[1]张慧档，陈延伟，段爱玲.MATLAB/SIMULINK软件在伺服系统设计仿真中的应用[J].郑州轻工业学院学报，2000，15(2):27-29.

[2]周晓光，徐志军.MATLAB语言的高阶伺服系统控制与仿真[J].制造技术与机床，2000(7):17-19.

[3]李颖，朱伯立，张威.SIMULINK动态系统建模与仿真基础[M].西安：西安电子科技大学出版社，2004:59.

[4]陈永春.从MATLAB/SIMULINK模型到代码实现[M]. 北京:清华大学出版社，2002:156-158.

[5]王涛.基于ADAMS和MATLAB的联合控制系统的仿真[J].机械工程与自动化，2005(3):79-81.

[6]陈立平，张云清.机械系统动力学分析及ADAMS应用教程[M].北京:清华大学出版社，2005:101-132.