adams与matlab联合仿真例子正确没商量文档格式.docx
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adams与matlab联合仿真例子正确没商量文档格式.docx
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以上两个例子都用到了PID控制(比例(proportion)、积分(integral)、微分(derivative)控制器)
比例就是对误差乘以一个系数
积分就是对误差积分然后再乘以一个系数
微分是对误差求导
注意我的模型,上面是角速度Anglevelocity,下面是角度angle,这里的积分是对angle进行积分,导致上面两个例子的不同也就在这,这个地方尤其要注意,不要上下搞反了。
表示的是对angle乘以一个系数,这里选了1,为比例调节,即P调节。
就是对angle的积分,(就是累加的意思),即I调节,然后乘以了系数1。
因为输出的是角速度,角速度就是angle的微分的,所以不用做什么操作,后面乘以了一个系数1。
然后这三个相加起来作为反馈调节,所以用了
这个模块,这个表示累减。
将角度值送到Matlab的workspace工作空间,
这个表示把时间送到workspace中去,因为角度这里是角度与时间的函数。
注意:
这些模块不是必要模块,我只是为了做对比而加上去的,去掉不会对仿真产生影响,但是如果要加的话这两个模块缺一不可。
我的软件是adams2012与Matlab7.12.0(R2011a)。
现在进入正题
1、设置单位
启动ADAMS/View,选择新模型,在模型名输入link。
选择菜单栏【Settings】→【Units】
命令,设置模型物理量单位,将单位设置成MMKS,长度和力的单位设置成毫米和牛顿。
2、创建连杆
单击几何工具包中的连杆按钮,将连杆参数设置为Length=400,Width=20,Depth=20,然后左键选中原点,在图形区水平拖动鼠标,创建一个连杆。
3、创建旋转副
单击运动副工具包中的旋转副按钮,将旋转副的参数设置为1Location和Normaltogird,单
击连杆质心处的Marker点,将连杆和大地关联起来。
4、创建球体
单击几何工具包中的球体按钮,将球体的选项设置为AddtoPart,半径设置为20,然后在图形区单击连杆,再单击连杆右侧处的Marker点,将球体加入到连杆上,如下图所示。
此时连杆的质心产生了移动。
5、创建单分量力矩
单击载荷工具包中的单分量力矩按钮,将单分量力矩的选项设置为SpaceFixed和NormaltoGrid,将Characteristic设置为Constant,勾选Torque并输入0,然后在图形区单击连杆,再单击连杆左侧的Marker点,在连杆上创建一个单分量力矩,如下图所示。
6、创建输入状态变量
老版本单击菜单【Build】→【SystemElements】→【StateVariable】→【New】,弹出下图所示的创建状态变量对话框,将Name输入框改成Torque。
单击Ok后,创建Torque变量。
7、将状态变量与模型关联
在图形区双击单分量力矩的图标,打开编辑对话框,如下图所示,在Function输入框中输入VARVAL(.link.Torque),这里VARVAL()是一个ADAMS函数,它返回变量.link.Torque的值。
通过函数把状态变量Torque与力矩关联起来,力矩取值将来自于状态变量Torque。
8、指定状态变量Torque为输入变量
点击图上的按钮创建输入变量(就是这个量由matlab输入控制),老版本单击菜单【Build】→【ControlsToolkit】→【PlantInput】后,弹出定义控制输入对话框,如下图所示。
将PlantInputName输入框改成.link.PINPUT_Torque,在VariableName输入框中,用鼠标右键快捷菜单输入状态变量Torque,单击OK按钮。
9、创建输出状态变量
老版本单击菜单【Build】→【SystemElements】→【StateVariable】→【New】,弹出创建状态变量对话框。
将Name输入框修改成Angle,在F(time,…)=输入框中输入表达式AZ(MARKER_3,MARKER_4)*180/PI,单击Apply按钮创建状态变量Angle作为第一个输出变量,然后将Name修改成Velocity,在F(time,…)=输入框中输入表达式WZ(MARKER_3,MARKER_4)*180/PI,如图7-31所示。
其中AZ()函数返回绕Z轴旋转的转角,这里代表连杆相对于转轴的转角,WZ()函数返回绕Z轴旋转的角速度,这里代表连杆的角速。
MARKER_3在连杆cm上,MARKER_4在连杆cm处的地上。
参考下面的图吧,全懂了。
10、指定状态变量angle、Velocity为输出变量
老版本单击菜单【Build】→【ControlsTookit】→【PlantOutput】后,弹出创建控制输出对话框,如下图所示。
将PlantOutputName输入框修改成.link..POUTPUT_control。
在VariableName输入框中,用鼠标右键快捷菜单输入状态变量Velocity和.link.Angle,单击OK按钮。
11、导出控制参数
如果还没有加载ADAMS/Controls模块,单击菜单【Tools】→【PluginManager】,在弹出的插件管理对话框中选择ADAMS/Controls模块,并单击OK按钮,之后出现一个新的菜单Controls。
单击菜单【Controls】→【PlantExport】,弹出导出控制参数对话框。
在输入框中输入control_pid,在PlantInput输入框中用鼠标右键快捷菜单输入Torque,(或者点击frompinput按钮,选中之前创建的Torque输入),在PlantOutput输入框中用鼠标右键快捷菜单输入Velocity,.link.Angle,(或者点击frompoutput按钮,选中之前创建的输出)将Controlpackage选择为MATLAB,Type选择为non_linear,InitialStaticAnalysis选择NO,ADAMS/SolverChoice选择为Fortran。
单击directiory,选定工作路径(我在桌面上创建了一个名为adams的文件),单击OK按钮后,在adams文件中将生成control_pid.m、control_pid.cmd、control_pid.adm这3个文件。
12、导出ADAMS模型在MATLAB里的模块
启动MATLAB,先将MATLAB的工作目录指向ADAMS的工作目录,方法是单击工作栏中CurrentDirection后的
按钮,弹出选择路径对话框,选中桌面上的adams文件即可。
在MATLAB命令窗口的>
>
提示符下,输入control_pid,也就是control_pid.m的文件名,Matlab的主界面会出现如下的文字。
然后在>
提示符下输入命令adams_sys,该命令是ADAMS与MATLAB的接口命令。
在
输入adams_sys命令后,弹出一个新的窗口,该窗口是MATLAB/Simulink的选择窗口,其中S-Function方框表示ADAMS模型的非线性模型,即进行动力学计算的模型,State-Space表示ADAMS模型的线性化模型,在ADAMS_sub包含有非线性方程,也包含许多有用的变量,我们选用如图所示的模块。
13、建立控制方案
在MATLAB/Simulink选择窗口中,单击菜单【File】→【New】→【Model】后,弹出一个新的窗口,单击工具栏中的保存按钮,将新窗口存盘为control_pid_1.mdl(不能与.m文件同名),将ADAMS_sub方框拖拽到control_pid_1.mdl窗口中,并参考下图完成控制系统的搭建,也可采用其他的控制方案,注意图中的四个
,要进行设置,可双击这个模块,将这里选中
,四个都要设置。
14、设置MATLAB与ADAMS之间的数据交换参数
在control_model.mdl窗口中双击ADAMS_sub方框,在弹出的新的窗口中双击MSCSDoftware,弹出数据交换参数设置对话框,将Interprocess设置为PIPE(DDE),如果不是在一台计算机上,选择TCP/IP,将CommunicationInterval输入框中输入0.05(这是可以的),表示每隔0.05s在MATLAB和ADAMS之间进行一次数据交换,若仿真过慢,可以适当改大该参数,将SimulationMode设置为continuous,Animationmode设置成interactive,表示交互式计算,在计算过程中会自动启动ADAMS/View,以便观察仿真动画,如果设置成batch,则用批处理的形式,看不到仿真动画,其他使用默认设置即可。
15、仿真设置和仿真计算。
单击窗口中菜单【Simulation】→【SimulationParameters】,弹出仿真设置对话框,在Solver
页中将Starttime设置为0,将Stoptime设置为20,将Type设置为Variable-step,其他使
用默认选项,单击OK按钮。
最后单击开始按钮,开始仿真。
(若出现错误,重启MATLAB即可。
每次启动MATLAB都需要选择路径到包含control_pid.m、control_pid.cmd、control_pid.adm的文件夹,并输入control_pid(.m文件名)和adams_sys(ADAMS与MATLAB的接口命令))。
16、结果后处理
结果后处理也就是看图像,这里我提供三种看图像的方法。
(1)用示波器显示。
在MATLAB示波器中,可以得到角度和力矩的曲线。
得到的Velocity变量曲线和Torque变量曲线分别如下图所示。
此模型初始受重力作用,产生转动,通过控制力矩的大小,最终角速度为零,模型达到平衡。
(2)在Matlab主界面画出图像。
仿真完成后,在我们的workspace中会生成
的一些数,这是
,
在起作用,在Matlab的主工作界面输入plot(time,Angle,'
b-'
);
的语句按enter键,会出现以下angle的图像,这和上面angle的图像是一样的。
同理,输入plot(time,Angle_velocity,'
的语句按enter键,会出现以下Angle_velocity的图像,Torque也是一样的,不再画出。
(3)用adams/postprocessor画出图像。
回到ADAMS/View,进入到后处理界面。
点击file,对窗口作如下修改,最后点击Ok。
此时就可以看Torque、Angle、velocity的图像了,以上所有的图像与李增刚《adams入门详解与实例》一书中是一样的,这是在三个模块
中设置为1时得到的结果。
Torq
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