机械动态仿真实验指导

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1、《机械动态仿真》实验指导书一．课程简介机械动态仿真是为机械工程等相关专业开设的一门技术基础课，主要介绍基于MATLAB软件平台的机械运动仿真模块SimMechanics和Simulink的应用，目的在于培养学生了解和掌握机械动态仿真的基本理论、仿真方法及技术，为将来从事机械产品动态特性分析奠定基础。二．课程实验目的实验目的：熟悉和掌握MATLAB软件的函数编程，掌握基于MATLAB软件平台的机械仿真模块SimMechanics和Simulink的建模方法、仿真技术。通过实验教学，使学生学会把实际问题抽象为数学模型、进而建立仿真模型的方法，增强分析和解决实际问题的能力。三．实验方式与基本要求实

2、验方式：学生独立在计算机上进行MATLAB软件编程，建立四连杆机构、曲柄滑块机构、二连杆平面机器人等机构的数学模型，进而建立基于Simulink和SimMechanics动态仿真模型，设置仿真运行参数，观察不同参数下的仿真结果。基本要求：1．为保证实验顺利进行，要求学生掌握MATLAB语言的基础知识；2．由指导教师讲清实验的基本要求、目的、建模要点及注意事项；3．要求学生严格遵守实验课守则，认真实验，按时完成实验报告。四．实验报告每个实验均应撰写实验报告。实验报告内容应包括：实验名称、目的、内容、实验结果分析等。鼓励学生以小论文形式整理和撰写实验报告。五．考试（考核）方法与规定本课程的实验考

3、核采取理论测试与操作考核相结合方式，并考虑平时实验及实验报告完成情况，按百分制综合平定成绩。实验1-1小车弹簧系统的运动仿真参考书图6-17质量-阻尼-弹簧机械系统的仿真。应用牛顿定律可以用数学模型描述：22式中，y是质量m的位移；u为作用质量m上的力。采用现代控制理论的状态方程，可以将单自由度的二阶微分方程写成两个一阶微分方程：设x1=y,x2=dy/dx,则有（1-2）根据（1-2）的数学模型即可编制仿真程序，之后即可上机调试运行。步骤：1．在MATLAB快捷菜单栏中，打开仿真库，弹出SimulinkLibraryBrowser窗口。2．在SimulinkLibraryBrowser中点

4、击File->New->Model，以创建仿真模型。（注意与MATLAB命令窗口建立的模型不同。）3．将输入信号f视为正弦波，根据数学模型创建Simulink仿真模型如下：4．在MATLAB命令窗口对质量m、刚度k、阻尼系数B赋值后，即可对模型仿真。实验1-2子系统模块在创建模型时，如果需要一个子系统也可直接在子系统窗口创建。这样可以省去了上面压缩子系统和重新安排窗口的步骤。x3要使用子系统模块创建新的子系统，先从Function&Table模块库中拖一个子系统模块到模型窗口中。双击子系统模块就会出现一个子系统编辑窗口。单个小车的运动方程如下：注意符号的写法。22先建立单个小车的系统的子系统

5、。使用子系统模块创建如图所示的子系统。此子系统用来模拟一个小车的运动。子系统的输入为小车的左距xn-1和右距xn+1，输出为小车的当前位置xn。子系统完成后，关闭子系统窗口。复制两次此子系统模块，并如图所示连接起来。为了可以对每个小车的参数赋值，要做以下设置：建立文件set_k_m.m%setthespringconstantsandblockmassvaluesk1=1;k2=2;k3=4;k0=0;m1=1;m2=3;m3=2;22仿真开始之前，在MATLAB命令窗口中运行此M文件。然后，指定示波器模块把显示数据保存到工作空间中。并设置仿真的起止时间为（0－100）。仿真结束后，在MAT

6、LAB命令窗口把所得到的小车3的显示数据绘制成图。实验2-1通过运动学仿真求解曲柄滑块的速度一、曲柄滑块的数学模型，采用闭环矢量方程yR2R3R1q3q2x（3-1）将此矢量方程分解到x和y坐标轴上，得到（3-2）（3-3）将上边两式对时间求导，有（3-4）（3-5）其中是矢量R1大小的变化率，也是滑块相对于地面的平移速度。若曲柄的角速度已知，则方程改写为（3-6）二、曲柄滑块运动学的Simulink仿真将w2视为仿真的输入，可以用数值积分从速度中计算出q2、q3和r1。显然，匀速时w2为常量，作为仿真的输入。选择constant模块。另外两个速度可以从闭环矢量方程中求得。实现这个过程需要三

7、个积分模块作为仿真的开始。第一个输入是w2，这里设为常量并作为仿真的输入，选择constant22模块。另外两个速度可以从闭环矢量方程中求得。为此编写一个MATLAB函数来求解该方程。函数名为compvel.m内容如下：function[x]=compvel(u)r2=1.0;r3=4.0;a=[r3*sin(u(3))1;-r3*cos(u(3))0];b=[-r2*u(1)*sin(u(2));r2*u(