機(jī)電一體化虛擬仿真實(shí)驗(yàn)研究論文
摘要：機(jī)電一體化產(chǎn)品機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電氣控制方式多變，導(dǎo)致目前所用實(shí)驗(yàn)設(shè)備種類難以含蓋整機(jī)電課程知識(shí)點(diǎn)，無(wú)法滿足培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力的訓(xùn)練與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，針對(duì)這種現(xiàn)象，淄博職業(yè)學(xué)院開發(fā)了基于UG與Matlab/Simulink軟件的機(jī)電一體化虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)兩學(xué)年的測(cè)試與改進(jìn)，效果良好。
關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化；虛擬仿真；探討
1電機(jī)電器仿真模型
Matlab/Simulink軟件是一款集科學(xué)計(jì)算、模塊化建模和可視化仿真于一體的多功能建模仿真軟件，具有操作簡(jiǎn)單、功能完備、兼容性強(qiáng)等特點(diǎn)。該軟件集成了多種專業(yè)建模工具箱，可實(shí)現(xiàn)對(duì)單一領(lǐng)域系統(tǒng)的建模仿真，也可以實(shí)現(xiàn)多領(lǐng)域耦合系統(tǒng)的聯(lián)合仿真[3]。軟件中提供了許多模塊，提供了電力系統(tǒng)模塊庫(kù)，可方便的進(jìn)行RLC電路、電力電子電路、電機(jī)控制系統(tǒng)和電力系統(tǒng)的仿真[4]。其中三相異步交流電機(jī)控制比較簡(jiǎn)單，直接利用Simulink中提供的電機(jī)本體[5]。在伺服系統(tǒng)中，應(yīng)用較多的電機(jī)主要是無(wú)刷直流電機(jī)、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和三相永磁同步電動(dòng)機(jī)。無(wú)刷直流電機(jī)控制電路簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)，但電刷存在易磨損、易打火等問題。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，矢量控制算法繁雜，不利于高精度控制場(chǎng)合。永磁同步電機(jī)PMSM，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、轉(zhuǎn)矩電流比高、效率高、功率因數(shù)高、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量低、易于散熱及維護(hù)保養(yǎng)等優(yōu)點(diǎn)。
2機(jī)械結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真
在UG軟件中，繪制好零件的三維模型，根據(jù)實(shí)際情況裝配好產(chǎn)品后，進(jìn)入運(yùn)動(dòng)仿真模塊，選擇動(dòng)力學(xué)分析環(huán)境，高級(jí)結(jié)算方案選擇協(xié)同仿真。對(duì)組成產(chǎn)品的每一個(gè)構(gòu)件定義連桿屬性，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)計(jì)算質(zhì)心慣性矩等。對(duì)構(gòu)件與構(gòu)件連接處的運(yùn)動(dòng)副定義運(yùn)動(dòng)副屬性，并創(chuàng)建標(biāo)記點(diǎn)、傳感器等相關(guān)選項(xiàng)�？啥x多種驅(qū)動(dòng)方式（力、扭矩、速度、加速度、鉸鏈驅(qū)動(dòng)、函數(shù)驅(qū)動(dòng)等），設(shè)置好仿真時(shí)間和運(yùn)動(dòng)步數(shù)后，求解，最終實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。但這種驅(qū)動(dòng)的輸入沒有通過(guò)電機(jī)控制，所以無(wú)法真正的模擬機(jī)電一體化系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)特性，需要進(jìn)行機(jī)電一體仿真。
3機(jī)電一體化仿真
在UG協(xié)同仿真環(huán)境中，創(chuàng)建工廠輸入、工廠輸出。工廠輸入是把Matlab/Simulink中的動(dòng)力輸出等控制信息（力、扭矩）傳輸?shù)経G軟件中機(jī)械結(jié)構(gòu)的動(dòng)力輸入端，從而實(shí)現(xiàn)電氣系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)。工廠輸出是把UG中機(jī)械結(jié)構(gòu)的`運(yùn)動(dòng)信息（位移、速度、加速度）、傳感器信息、表達(dá)式信息等輸出到Simulink中，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械結(jié)構(gòu)的傳感器信息傳遞給電氣控制系統(tǒng)。通過(guò)工廠輸入、工廠輸出，實(shí)現(xiàn)了Simulink中的電氣控制系統(tǒng)與UG中的機(jī)械結(jié)構(gòu)之間的信息交互。需要注意的是：Simlink中控制系統(tǒng)的仿真采樣頻率需要與UG中的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真模型采樣頻率相同[6]。
4總結(jié)
經(jīng)過(guò)機(jī)電一體化虛擬仿真平臺(tái)，Matlab/Simulink中控制系統(tǒng)可以控制UG中的機(jī)械結(jié)構(gòu)，機(jī)械結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)是三維模型，非常直觀，方便多角度觀察。還可把各種數(shù)據(jù)信息輸出到Excel表格中，繪制各種圖標(biāo)，研究機(jī)電一體化系統(tǒng)運(yùn)行特性。同學(xué)們只要掌握了這種實(shí)驗(yàn)方式，可非常容易的擴(kuò)展電氣控制系統(tǒng)或者機(jī)械結(jié)構(gòu)，極大的促進(jìn)了學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)，提高了同學(xué)們學(xué)習(xí)軟件工具及相關(guān)理論知識(shí)的積極性。
參考文獻(xiàn)：
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