基于adams与matlab的倒立摆联合仿真实验

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1、基于ADAMS与MATLAB的倒立摆联合仿真实验一、实验目的在传统的机电一体化研究设计过程中，机械工程师和控制工程师虽然在共同设计开发一个系统，但是他们各自都需要建立自己的模型，然后分别采用不同的分析软件，对机械系统和控制系统进行独立的设计、调试和试验，最后进行机械系统和控制系统各自的物理样机联合调试，如果发现问题又要回到各自的模型中分别修改，然后再联合调试，显然这种方式费时费力。基于多领域的建模与联合仿真技术很好的解决了这个问题，为机械和控制系统进行联合分析提供了一种全新的设计方法。机械工程师和控制工程师就可以享有同一个样机模型，进行设计、调试和试

2、验，可以利用虚拟样机对机械系统和控制系统进行反复联合调试，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。ADAMS与MATLAB是机械系统仿真和控制系统仿真领域应用较为广泛的软件，其中ADAMS为用户提供了强大的建模、仿真环境，使用户能够对各种机械系统进行建模、仿真和分析，具有十分强大的运动学和动力学分析功能；而MATLAB具有强大的计算功能、极高的编程效率及模块化的建模方式，因此，把ADAMS与MATLAB联合起来仿真，可以充分将两者的优势相结合，将机械系统仿真分析同控制系统设计有机结合起来，实现机电一体化的联合分析。本实验以倒立摆为例，进

3、行ADAMS与MATLAB的联合仿真，对倒立摆的运动性能和运动规律进行分析。二、实验方法软件环境：MDADAMSR3，MATLABR2009b2.1建立倒立摆的动力学模型启动ADAMS/View模块弹出如图1所示对话框，建立小车及摆杆模型。首先选择“Createanewmodel”选项，创建一个新的模型，将该文件保存在相应的文件夹下，本实验将结果保存在E:daolibai_adams文件夹下，将文件名取为“daolibai_adams”，其余选项保持默认。注意，在ADAMS中路径名和文件名最好采用英文字符，否则有可能在运行的过程中出现意想不到的错误

4、。图1启动ADAMS/View模块进入ADAMS/View界面后，需要对相关参数进行设置。选择菜单栏中的“Settings→WorkingGrid”选项，弹出如图2所示的对话框，设置网格的大小。将“Spacing”设置为X:10mm，Y:10mm，其余参数保持默认。在“Settings”选项中还可以设置图标的大小，单位等等参数，在本实验中这些参数都保持默认即可。图2设置网格的大小与此同时，单击菜单栏“View”选项下的“CoordinateWindow”（或者按下键盘上的F4按钮）,如图3所示。可随时在窗口中观察鼠标的当前空间坐标位置，方便我们进行建

5、模。图3打开鼠标当前空间位置观察窗口右键点击ADAMS建模工具箱中的图标，选择工具Box,在视图中（0,0,0）处建一个长、宽、高分别为30cm，20cm，20cm的长方体代替小车模型，如图4所示。图4长方体尺寸设置图5在视图中建立的长方体前视图长方体建立完毕后，需要进一步在视图中调整其位置。在当前视角下，点击工具箱中的图标，进入如图6所示的界面。在Distance选项中输入15cm，选择长方体，然后点击向左的箭头，小车模型即向左平移15cm。单击工具箱中的按钮，即可返回工具箱主界面。点击图标，切换到右视角视图，再次运用按钮，在Distance选项中

6、输入10cm，选择长方体，然后点击向右的箭头，将小车模型向右平移10cm，如图7所示。图6将小车模型向左平移15cm图7将小车模型向右平移10cm小车模型位置修改完毕后，右键点击小车模型，选择Rename，将模型的名称修改为xiaoche，如图8所示。与此同时，在右键菜单中选择Modify，将小车的质量修改为0.5KG，其修改方法如图9所示。图8修改模型名称图9修改小车模型的质量至此，小车模型及参数设置完毕，接下来建立摆杆的模型。在建模工具箱中选择（Cylinder）工具建立摆杆模型，其参数设置如图10所示。图10摆杆参数的设置摆杆参数设置完毕后，沿

7、小车垂直向上的方向建立该圆柱体，建好后单击右键修改其特性参数，将部件名称修改为baigan，将摆杆质量修改为0.2kg，转动惯量修改为0.006kg·㎡。建好后，运用工具箱中的工具，将摆杆绕端点顺时针旋转5°，建完后的模型如图11所示。图11倒立摆模型前视图与三维视图倒立摆的三维模型建立好后，我们需要为模型添加相应的运动副和运动。小车与地面用平移副约束，右键单击图标，在弹出菜单中选择工具，添加方式选择2Bod-1Loc方式，分别选择小车和大地，在小车质心处添加水平方向的平移约束副，如图12。图12在小车与大地之间添加移动副摆杆与小车之间存在旋转运动，

8、故需要在小车与摆杆之间添加一个转动副。单击工具中的图标，添加方式选择2Bod-1Loc方式，分别选择摆杆和小