机电系统建模与仿真.docx

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1、考试成绩任课教师陕西科技大学研究生考试试卷考试科目机电系统建模与仿真专业机械制造及其自动化年级机电研12考生姓名贾延旭考生类别日校生注意事项1．      试题随试卷交回；2．      试卷评阅后，一周内送交研究生秘书处保存3．    必修课以百分制计算成绩，考查课以五级计分（优、良、中、及格、不及格）计算成绩。4.考生类别为日校生、工程硕士、高校教师、同等学历Simmechanices：平面四连杆机构仿真，主动杆3长度为0.12m，连杆2长度为1m，杆3长度为0.6m，杆2固定，铰接位置长度为0.867m。主动杆3与水平轴X的夹角为60

2、°，杆2的水平夹角为29.52°。从该机构运动简图可见，整个系统有两个固定机架，3个刚体的连杆通过四个单自由度转动副和这两个固定机架相连，假设主动杆3绕铰4以w角速度转动，并假设为正弦信号，试分析杆2的两个端点3和2的运动轨迹。1、绘制仿真框图⑴建立仿真框图雏形。首先建立一个SimMechanics模型窗口，在SimMechanics的Bodys模型库中，分别选择并拖拽机械环形图标1次，固定端图标2次，刚体图标3次至模型窗口中；在Joint模型库中，选择并拖拽Revolute运动副图标4次至模型窗口中。然后，修改模块名，旋转有关模块，并拖至

3、合适位置，为了杆件的端点和杆件的运动轨迹，分别从检测和驱动模块中选择并拖拽JointSensor图标2次至模型窗中，并从Simulink信宿库中拖拽示波器图标1次至模型窗中。如图所示。⑵完善模型。该机构系统的世界坐标轴位置与虚拟现实工具箱中的设置相似，每个坐标旋转方向遵从右手法则。所以在平面四连杆机构仿真中，可以认为在该系统中，x轴为由铰接点4指向铰接点1的方向，从纸面向上的方向即为z坐标轴的正方向。双击Gound1模块图标，在弹出的对话窗口中勾选“ShowMachineEnvironmentPort”，以便增加与机器环境的连接端口，关闭模

4、块后，即可连接该模块与机器环境模块；双击Revolute3和Revolute2模块，在弹出的对话框中，Numberofsensor/actuatorports栏目的默认值为0，为了施加驱动信号，需要将其设置为1，以便自动输出一个新的端口；双击示波器模块，在弹出的窗口中点选“Parameter”选项，之后再“General”选项卡页面，去除“floatingscope”选项，即可与两个JointSensor模块连接；其他模块通过旋转、更名后连接，最终如图所示。2、设置模块参数⑴设置机械环境。双击机械环境模块图标，在弹出对话框中，对其进行设置；

5、⑵机架的设置。双击Ground2模块，弹出对话框，在“Parameters”栏中输入节点4的坐标值（-0.434，0.04，0）及其单位（m）。机架Ground1的设置与此一样。⑶旋转副的设置。双击Revolute4模块，弹出的对话窗中“ConnectionParameters”栏显示该运动副连接的连接关系，并可设置驱动信号数量。在下方“Parameters”栏中的“Axes”用于设置旋转轴，由于节点4绕z轴旋转，故设置为[001]；坐标系设置为“World”坐标系，此外，“base”和“follower”分别表示主动件和从动件。“Adva

6、nced”栏可对模块进行封装，其余旋转副设置与此一样；⑷刚体设置。双击Bar3模块，弹出的窗口中，其中“MassParameters”栏用于输入刚体的质量及转动惯量。“Bodycoordinatesystem”用于输入刚体的位置和方向。⑸旋转副检测设置。双击JointSensor1模块，弹出对话框，其中“Measurement”栏用于设置运动角度、角速度及角加速度单位，响应的反作用力矩及单位，测试基准极坐标系等。3、仿真单击示波器模块菜单条的按钮，则各个波形窗口显示完整波形。如图Simulink：在下图所示的系统中，已知质量m=1kg，阻尼

7、b=2N.sec/m，弹簧系数100N/m，且质量块的初始位移x(0)=0.05m，其初始速度x’(0)=0m/sec，要求创建该系统的SIMULINK模型，并进行仿真运行。弹簧—质量—阻尼系统（1）建立理论数学模型对于无外力作用的“弹簧—质量—阻尼”系统，据牛顿定律可写出：代入具体数值并整理，可得（2）建模的基本思路1、采用积分模块代替求导模块；2、右侧代数和采用求和模块实现。3、为了观察位移随时间的变化，需要加入”示波器“模块。（3）开启空白（新建）模型窗；（4）从模型库复制所需模块到空白（新建）模型窗；（5）修改模型参数增益分别设置为

8、2、100，加法符号更改为—在积分器中设置初始位移x(0)=0.05m。仿真解算器采用默认“ode45”，默认变步长，仿真终止时间10.（6）保存文件exm07101.mdl，试