合理運用ADAMS/MATLA仿真于數(shù)控伺服系統(tǒng)中

利用伺服進給系統(tǒng)虛擬樣機提供的集成環(huán)境對機械系統(tǒng)和電機控制系統(tǒng)進行聯(lián)合仿真分析，是一種全新的設計方法。在傳統(tǒng)的復雜機械系統(tǒng)設計過程中，機械工程師和控制工程師雖然在共同設計開發(fā)一個系統(tǒng)，但是他們各自都需要建立一個模型，然后分別采用不同的分析軟件，對機械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進行獨立調試。如果發(fā)現(xiàn)問題，機械工程師和控制工程師又需要回到各自的模型中，修改機械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，然后再進行物理樣機的聯(lián)合調試。實現(xiàn)虛擬樣機機構設計與運動控制系統(tǒng)之間的聯(lián)合仿真，必須在運動控制系統(tǒng)與樣機模型間起信息交互的橋梁。

ADAMS（Automatic Dynamic of Mechanical System）提供了對復雜機電一體化系統(tǒng)進行聯(lián)合仿真分析的方法。ADAMS 軟件提供的一種方法是利用ADAMS/Controls 模塊，將機械系統(tǒng)仿真分析工具同控制系統(tǒng)設計仿真軟件有機地連接起來，實現(xiàn)機電一體化系統(tǒng)的聯(lián)合仿真分析和復雜機電系統(tǒng)聯(lián)合仿真。

1. X-Y 工作平臺伺服性能仿真系統(tǒng)

1.1 利用ADAMS 對進給驅動機械系統(tǒng)建模

1.1.1 幾何建模

X-Y 工作平臺尺寸參數(shù)與幾何模型如表1 和圖1 所示。

1.1.2 模型約束

ADAMS/View 提供的約束副有：理想約束（Idealized joint）、虛約束（Joint primitive）、高副約束（Contact）和運動驅動（Motions generator）等類型。理想約束是通常的具有物理意義的約束副，如：旋轉副、移動副、齒輪副等；虛約束用于限制物體之間的相對運動；高副約束用于定義兩個物體在運動過程中的接觸情況；運動驅動用于驅動模型按一定的規(guī)律運動。施加約束的正確與否主要與四個因素有關：約束類型、約束對象、約束位置、約束方向。如圖2 和圖3 所示。

圖2 X-Y 平臺伺服系統(tǒng)各部件之問的拓撲結構和約束關系

圖3 樣機中的約束和力

2. MATLAB/ADAMS 接口原理與設計

2.1 定義ADAMS 的輸入與輸出

需要通過 ADAMS/View 或ADAMS/Solver［6］中的信息文件或啟動文件，確定ADAMS 的輸入和輸出。輸出是指進入控制程序的變量，表示從ADAMS/Control 輸出到控制程序的變量。而輸入是指從控制程序返回到ADAMS 的變量，表示控制程序的輸出。如圖4 所示。

圖 4 ADAMS 與MATALB 的接口

通過定義輸入和輸出，實現(xiàn) ADAMS 和MATLAB 控制程序之間的消息閉環(huán)通訊。即從ADAMS 輸出的信號進入MATLAB，同時從MATLAB 輸出的信號進入ADAMS 程序。這里所有程序的輸入都應該設置為變量，而輸出可以是變量或者是測量值。

2.2 MATLAB 環(huán)境中構造控制系統(tǒng)的方框圖

采用MATLAB/Simulink 工具箱建立的伺服進給系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的仿真模型［7］，步驟1中在ADAMS/View 環(huán)境里建立好的虛擬樣機機械系統(tǒng)模型應被設置為控制系統(tǒng)方框圖的每一個模塊。ADAMS/plant 嵌入在MATLAB 環(huán)境中的框圖和內核參數(shù)對話框分別如圖5 所示。

圖5 Simulink 中ADAMS 控制框圖

結語

（1）實現(xiàn)多領域模型仿真的方法是利用每一特定領域的專門商用仿真軟件對該領域子系統(tǒng)進行建模，然后利用這些商用仿真軟件提供的接口將不同領域子系統(tǒng)的仿真模型組裝成為一個整體。

（2）虛擬樣機軟件ADAMS 可以實現(xiàn)和仿真控制軟件MATLAB/Simulink 無縫連接，通過定義系統(tǒng)輸入、輸出變量完成控制信息交互，從而進行復雜機電系統(tǒng)聯(lián)合仿真。

（3）虛擬樣機軟件ADAMS 為用戶自定義函數(shù)提供了接口，可以通過自定義動態(tài)連接函數(shù)實現(xiàn)外部控制數(shù)據(jù)驅動下的仿真。

（4）性能仿真系統(tǒng)的核心技術是虛擬樣機技術，而虛擬樣機的核心需要建立準確描述系統(tǒng)的仿真模型，然后與其他相關軟件有機關聯(lián)集成在一起進行系統(tǒng)性能仿真，其關鍵技術包括建模和仿真技術。