基于机械与控制的系统集成方法(

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1、基于机械与控制的系统集成方法【摘要】：本文通过ADAMS对“小球杠杆”系统进行仿真分析，并运用Matlab软件对分析结果进行输入与输出的控制，得到在不同的控制信号下小球的位移和杠杆的转动角度。通过上述系统来说明机械与控制的系统集成为实际机械工程提供更好的设计指导。关键词：机械；控制；ADAMS；Matlab【Abstract】：AnanalysissystemismadebasedonthebeamballsystemwiththeADAMSsimulationandusingMatlabforthecontrolo

2、finputandoutput,wegetdifferentdisplacementsoftheballanddifferentanglesofthebeamindifferentsignals.Throughthissystemtoillustratemechanicalandcontrolsystemintegrationfortheactualmechanicalengineeringdesignandmanufacturingtoprovideabetterguide.Keywords:Machine;Con

3、trol;ADAMS；Matlab1引言工程机械控制系统的发展大体经历了机械控制、液压控制、模拟电路控制、数字电路控制，到当今的数字网络控制几个阶段。随着超大规模集成电路技术和网络技术的飞速发展，以及新型传感器和电控发动机的广泛应用，集成电子控制系统已经成为工程机械，尤其是大型和复杂工程机械的必须配置。2机械与控制的系统集成2.1虚拟样机技术随着全球经济的一体化，工程机械产品市场的竞争日益激烈。为了提高市场竞争力，各企业必须不断缩短新产品的研发周期，提高产品质量、性能，降低开发成本。在这种需求下，以虚拟现实技术为代表

4、的计算机技术不断发展，使虚拟设计逐步成为工程领域一种新的现代化设计手段。运用虚拟设计的方法，可以在产品设计初期，设计、分析和评估产品的性能，确定和优化物理样机参数，从而降低新产品的开发风险，缩短开发周期，提高产品性能。11虚拟样机技术是一门综合多学科的技术，它是在制造第一台物理样机之前，以机械系统运动学、多体动力学、有限元分析和控制理论为核心，运用成熟的计算机图形技术，将产品各零部件的设计和分析集成在一起，建立机械系统的数字模型，从而为产品的设计、研究、优化提供基于计算机虚拟现实的研究平台。因此虚拟样机亦被称为数字化

5、功能样机。虚拟样机技术不仅是计算机技术在工程领域的成功应用，更是一种全新的机械产品设计理念。一方面与传统的仿真分析相比，传统的仿真一般是针对单个子系统的仿真，而虚拟样机技术则是强调整体的优化，它通过虚拟整机与虚拟环境的耦合，对产品多种设计方案进行测试、评估，并不断改进设计方案，直到获得最优的整机性能。另一方面，传统的产品设计方法是一个串行的过程，各子系统（如：整机结构、液压系统、控制系统等）的设计都是独立的，忽略了各子系统之间的动态交互与协同求解，因此设计的不足往往到产品开发的后期才被发现，造成严重浪费。运用虚拟样机

6、技术可以快速地建立包括控制系统、液压系统、气动系统在内的多体动力学虚拟样机，实现产品的并行设计，可在产品设计初期及时发现问题、解决问题，把系统的测试分析作为整个产品设计过程的驱动。虚拟样机技术已被广泛应用在航空航天、汽车制造、工程机械、铁道、造船、军事装备、机械电子，以及娱乐设备等各个领域。2.2机械与控制在虚拟样机基础上的系统集成机械工程中的虚拟样机技术又称为机械系统动态仿真技术,是CAE发展的一个主要分支。采用该项技术,工程师可在计算机上建立样机模型,对模型进行各种动态性能分析,改进样机设计参数,从而得到最优的设

7、计方案。虚拟样机技术在工程中的应用是通过界面友好、功能强大、性能稳定的商品化虚拟样机软件实现的。国外虚拟样机技术软件的商品化过程早已完成。其中,美国MSC公司出产的机械系统动力学分析软件ADAMS最具代表性。ADAMS(AutomatedDynamicAnalysisofMechanicalSystems)使用交互式图形环境,创建完全参数化的机械系统几何模型,其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格朗日方程法,可对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析。Matlab的含义是矩阵实验室（MATRIXLABORATO

8、RY），是一套高性能的数值计算和可视化数学软件。Matlab集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，并提供了大量的内置函数，构成了一个方便、界面友好的用户环境，从而被广泛地应用于科学计算、控制系统、信息处理等领域的分析、仿真和设计。此外，Matlab中的仿真工具箱Simulink11是对动态系统进行建模、仿真和分析的一个软件包，它提供了