基于matlab的双摇杆机构运动分析与仿真

基于matlab的双摇杆机构运动分析与仿真内容摘要：

2 瞬心法优点 : 速度分析比较简单。 瞬心法缺点：不适用多杆机构； 如瞬心点落在纸外，求解不便；速度瞬心法只限于对速度进行分析，不能分析机构的加速度；精度不高。 图解法因其作图、计算工作量大、精度差的缺点，在实际工程设计应用中有很大的局限性。 解析法一般是先建立机构的位置方程，然后将位置方程对时间求导数得速度和加速度方程。 解析法的计算工作量很大，传统方法对于常见的连杆机构的运动学、动力学分析 仍然是非常繁琐，以至于很难对它进行深入的研究。 MATLAB 是由美国 mathworks 公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。 它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如 C、 Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水 平。 Simulink 就是一个用以对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包，其主要功能是预先对动态系统进行仿真和分析，从而在形成实际系统之前，能进行适时的修正，以减少系统反复修改的时间，实现高效开发的目的。 SimMechanics 立足于 Simulink 之上，是进行控制器和对象系统跨领域 /学科的研究分析环境。 SimMechanics 为多体动力机械系统及其控制系统提供了直观有效的建模分析手段，一切工作均在 Simulink 环境中完成。 它提供了大量对应实际系统的元件，如：刚体、铰链、约束、坐标系统、作动 器和传感器等。 使用这些模块可以方便的建立复杂机械系统的图示化模型，进行机械系统的单独分析或与任何 Simulink 设计的控制器及其它动态系统相连进行综合仿真。 MATLAB/SIMLINK 的优势 MATLAB 既是一种直观高效的计算机语言同时又是一个科学计算平台，它为数据分析和数据可视化、算法和应用程序开发提供了最核心的数学和高级图形 3 工具。 根据它提供的 500 多个数学和工程函数。 工程技术人员和科学工作者可以在它的集成环境中交互或编程已完成各自的计算。 Simulink 是基于 MATLAB 的框 图设计环境，可以用来对各种动态系统进行建模、分析和仿真，它的建模范围广泛，可以针对任何能够用数学来描述的系统进行建模，例如航空航天动力学系统、卫星控制制导系统、通讯系统、船舶及汽车等等，其中了包括连续、离散，条件执行，事件驱动，单速率、多速率和混杂系统等等。 Simulink 提供了利用鼠标拖放的方法建立系统框图模型的图形界面，而且 Simulink 还提供了丰富的功能块以及不同的专业模块集合，利用 Simulink 几乎可以做到不书写一行代码完成整个动态系统的建模工作。 MATLAB/SIMULINK 的特点 MATLAB 具有以下特点： 1). 功能强大，具有数值计算和符号计算、计算结果和编程可视化、数学和文字统一处理、离线和在线计算等功能。 2).界面友善、语言自然， MATLAB 以复数处理作为计算单元，指令表达与标准教科书的数学表达式相近。 3).开放性强，该公司本身就推出了 30 多个应用工具箱，而世界上超过两百家公司开发出与 MATLAB 兼容的第三方产品，这些产品向用户提供更多的工具箱、模块集、与其他商业产品的接口等。 Simulink 具有以下特点： 1） 丰富的可扩充的预定义模块库 2）交互式的图形 编辑器 来组合和管 理直观的模块图。 3）以设计功能的层次性来分割模型，实现对复杂设计的管理。 4）通过 Model Explorer 导航、创建、配置、搜索模型中的任意信号、参数、属性，生成模型代码。 5) 提供 API 用于与其他仿真程序的连接或与手写代码集成 6) 图形化的调试器和剖析器来检查仿真结果，诊断设计的性能和异常行为。 7) 可访问 MATLAB 从而对结果进行分析与可视化，定制建模环境，定义信号参数和测试数据。 二、 设计任务分析 设计的任务和内容 4 运用 SimMechanics 动 态仿真工具，很好地对机械系统的各种运动进行分析，构造出平面连杆机构的数学模型。 通过对此数学模型分析，分离出可独立求解的机构模型，并用相应的机构分析方法对它进行求解，建立了平面连杆机构运动学分析专家系统。 以 MATLAB 的 simulink\simMechanics 动态 模拟 仿真工具为平台，建立了平面四连杆机构动力学分析与动态模拟软件，运用分析与动态模拟软件，对双摇杆机构进行运动分析。 实现的技术路线 1） 机构的确定 铰链四杆机构的两个连架杆中，若其一为曲柄，另一为摇杆，则其为曲柄摇杆机构，若铰链四杆机构的两个连架杆 都是摇杆，则其为双摇杆机构。 2） 机构系统仿真 根据四杆机构的确定，作出机构的运动简图 3） 模块的选择 从 Simlink 工具以及 SimMechanics 中选择需要的模块，然后拖至建立好的new model 窗口中 4） 仿真框图绘制 把各模块按照一定的次序连接起来，连接的过程中要参照机构的模型连接 5） 模块参数设置 设置各模块参数，根据机构的各杆长度，计算出连接点的坐标以及杆件的质心坐标，并对应填写，其中杆件默认有三个坐标系，刚体重心坐标系（ CG）和两个附加坐标系 CS1 和 CS2 6） 运行 仿真 点击运行按钮，进行仿真 7） 查看仿真结果 通过查看动画演示图以及 Scope 中的运动副的位移图，速度，加速度图对机 5 构进行分析 下图为实现的流程图： 机构的确定机构的仿真模块的选择仿真框图绘制模块参数设置运行仿真查看仿真结果 图 21 实现的流程图 关键问题和难点分析 四连杆机构运动学数学建模 为研究和提高四。