工业机器人仿真模拟技术 (1)

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1、工业机器人仿真模拟技术仿真基本概念1目录虚拟样机技术2仿真软件介绍3仿真实例分析4仿真基本概念1一、仿真基本概念1.仿真的定义采用项目模型将特定于某一具体层次的不确定性转化为它们对目标的影响，该影响是在项目整体的层次上表示的。目标模型???项目整体未知量仿真一、仿真基本概念2.系统由相互联系、相互制约、相互依存的若干要素结合在一起，形成的具有特定功能和运动规律的有机整体。整体性相关性目的性一、仿真基本概念2.系统按运动性、确定性、连续性、方程类型和参数类型可分为五种。a.静态系统和动态系统b.确定系统和随机系统c.连续

2、系统和离散系统静态系统相对不变，动态系统状态可变。确定系统每个连续状态唯一确定，随机系统每个状态随机。连续系统状态随时间变化连续，离散系统状态随时间变化成间断或突然改变。一、仿真基本概念2.系统d.线性系统和非线性系统线性系统是满足叠加性和均匀性的系统e.定常系统和时变系统标量参数、时间函数一、仿真基本概念3.系统仿真通过系统模型的试验研究一个已经存在的或正在研究设计中的系统。模型计算机系统建模仿真模型建立仿真实验一、仿真基本概念3.系统仿真a.组成系统的实体对象：电阻R，电感L，电容C，电源e。b.属性：与实体对应的

3、有效特性，如R,L,C,e.c.活动：系统内对象随时间推移产生的状态变化。如生热随时间的变化。一、仿真基本概念4.仿真技术特点⑴对系统问题求数值解。⑵一种人为的试验手段。⑶较真实地描述系统的运行、演变及其发展过程。⑷我国学者认为：系统仿真就是在计算机上或（和）实体上建立系统的有效模型（数字的、物理效应的、数字物理效应混合的模型），并在模型上进行系统试验。一、仿真基本概念5.仿真技术作用⑴实验、系统收集和积累信息的过程。⑵解决预测、分析和评价等系统问题。⑶复杂的大系统若干简单的子系统。⑷产生新思想、新策略，暴露出隐藏问题

4、。6.系统仿真的一般过程与步骤一、仿真基本概念建模模型实验结果分析a.分块建立子系统的模型。b.根据系统的工作原理，将子系统的模型进一步集成为全系统的仿真实验模型。a.设计流程，选定待测量变量和相应的测量点，以及适合的测量仪表。b.进行仿真实验并记录结果。a.处理实验数据.b.若未达到预期,则重新查找原因，再进行试验。7.仿真vs动画一、仿真基本概念仿真动画a.动态图像b.无法反应出不确定性对系统目标的影响。c.可以与物理定律无关。a.反应不确定性对系统目标的影响b.本质是数学计算。a.仿真动画是根据系统的特征进行仿真

5、并记录为影响的过程。仿真基本概念1目录虚拟样机技术2仿真软件介绍3仿真实例分析4虚拟样机技术2二、虚拟样机技术1.基本概念虚拟样机（VirtualPrototyping，简称VP）是面向系统级设计、应用于基于仿真设计过程的技术。DMU数字物理样机FVP功能虚拟样机VFS虚拟工厂仿真二、虚拟样机技术2.对制造业的影响虚拟样机技术是一种概念新颖、方法先进的设计技术，它改变了传统的设计理念，对制造业产生了深远的影响。用户需求和市场分析方案设计技术设计物理样机运行试验详细设计批量生产YN用户需求和市场分析方案设计CAD/CAM

6、/CAE模型虚拟样机仿真测试分析评估N优化设计技术设计物理样机运行试验详细设计批量生产Y二、虚拟样机技术3.核心技术系统总体技术协调子系统规范化体系结构建模技术对实体的数学表示协同仿真技术交互支撑环境技术六大特点*SOLIDWORKSSolidWorks软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统。建模流程二、虚拟样机技术二、虚拟样机技术4.建模数学基础确定型系统数学模型连续时间系统模型微分方程传递函数状态方程结构图4.1微分方程最基本、最重要的数学模型反映元部件或系统动态运行的规律解析法一般步骤：a.确定

7、系统或元部件的输入、输出变量。b.根据物理和化学定律列出系统或元部件的原始方程式，按照工作条件忽略一些次要因素。c.找出原始方程式中间变量与其它因素的关系式。d.消去原始方程式的中间变量，得到一个关于输入、输出的微分方程式。e.进行标准化处理，将输出各项放在等号左端，输入各项放在等号右端，并且按照微分方程的阶次降幂排列，同时将各系数化为具有一定物理意义的形式。二、虚拟样机技术u（t）RLCi(t)uc(t)例1已知如图所示的RLC电路系统，其中u(t)为输入量，uc(t)为输出量，要求建立该系统的微分方程模型。根据电路

8、的基本定律，可以列写出如式（1）的微分方程组，这是该电路系统的原始微分方程。（1）二、虚拟样机技术将原始微分方程合并为高阶微分方程:（2）（3）一般情况下，系统的微分方程可以表示如下：其中u(t)是输入量，y(t)是输出量，且有二、虚拟样机技术4.2.1传递函数的定义对于一个线性定常系统，在初始条件为零时，系统输出信号的拉氏变换与