Tài liệu Ứng dụng của simmechanics simulink matlap trong việc mô phỏng robot

  • Số trang: 119 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 424 |
  • Lượt tải: 0
hoanggiang80

Đã đăng 20010 tài liệu

Mô tả:

Ứng dụng của simmechanics simulink matlap trong việc mô phỏng robot
Bé m«n GCVL&DCCN §å ¸n tèt nghiÖp Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o céng hoµ x∙ héi chñ nghÜa viÖt nam Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa hµ néi §éc lËp – Tù do – H¹nh phóc .......................................... .......................................... NhiÖm vô ®å ¸n tèt nghiÖp Hä vµ tªn sinh viªn: L−u V¨n HiÖu Hä vµ tªn sinh viªn: L−¬ng V¨n H−ng Sè hiÖu sinh viªn: 20001464 Kho¸: 45 Khoa: C¬ khÝ Sè hiÖu sinh viªn: 20001137 Ngµnh: C«ng nghÖ chÕ t¹o m¸y 1. §Ò tµi: “ øng dông c«ng cô Simmechanics m« pháng hÖ ®iÒu khiÓn cÇn trôc” 2. C¸c tµi liÖu: - C¸c tµi liÖu vÒ phÇn mÒn matlab, c«ng cô Simulink, c«ng cô Simmechanics - C¸c tµi liÖu vÒ lý thuyÕt ®iÒu khiÓn 3. Néi dung c¸c phÇn thuyÕt minh vµ tÝnh to¸n: - Giíi thiÖu chung vÒ Matlab, Simulink & Simmechanics - Giíi thiÖu chung vÒ cÇn trôc - Giíi thiÖu vÒ bé ®iÒu khiÓn PID - M« pháng c¬ cÊu ®éng häc cña cÇn trôc trªn Matlab - ThiÕt kÕ & m« pháng hÖ ®iÒu khiÓn cÇn trôc trªn Matlab - KÕt qu¶ cña ®å ¸n 4. Hä vµ tªn c¸n bé h−íng dÉn: ThS. §µo B¸ Phong L−u V¨n HiÖu & L−¬ng V¨n H−ng CTM4 - K45 1 Bé m«n GCVL&DCCN §å ¸n tèt nghiÖp 5. Ngµy giao nhiÖm vô ®å ¸n:........................................................................ 7. Ngµy hoµn thµnh ®å ¸n:............................................................................ Ngµy ..... th¸ng ..... n¨m .......... Chñ nhiÖm Bé m«n C¸n bé h−íng dÉn Sinh viªn ®· hoµn thµnh vµ nép ®å ¸n tèt nghiÖp, ngµy.....th¸ng.....n¨m........ Ng−êi duyÖt L−u V¨n HiÖu & L−¬ng V¨n H−ng CTM4 - K45 2 Bé m«n GCVL&DCCN §å ¸n tèt nghiÖp Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa hµ néi. ---------------------------- B¶n nhËn xÐt ®å ¸n tèt nghiÖp Hä vµ tªn sinh viªn: L−u V¨n HiÖu Sè hiÖu sinh viªn: 20001137 Hä vµ tªn sinh viªn: L−¬ng V¨n H−ng Sè hiÖu sinh viªn: 20001464 Ngµnh: C«ng nghÖ chÕ t¹o m¸y Kho¸: 45 C¸n bé h−íng dÇn: ThS. §µo B¸ Phong C¸n bé duyÖt: NhËn xÐt cña gi¸o viªn h−íng dÉn: ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. L−u V¨n HiÖu & L−¬ng V¨n H−ng CTM4 - K45 3 Bé m«n GCVL&DCCN §å ¸n tèt nghiÖp ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. .............................................................................................................. Ngµy.......th¸ng.......n¨m........... Ng−êi h−íng dÉn L−u V¨n HiÖu & L−¬ng V¨n H−ng CTM4 - K45 4 Bé m«n GCVL&DCCN §å ¸n tèt nghiÖp Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa hµ néi. ---------------------------- B¶n nhËn xÐt ®å ¸n tèt nghiÖp Hä vµ tªn sinh viªn: L−u V¨n HiÖu Sè hiÖu sinh viªn: 2000 Hä vµ tªn sinh viªn: L−¬ng V¨n H−ng Sè hiÖu sinh viªn: 20001464 Ngµnh: C«ng nghÖ chÕ t¹o m¸y Kho¸: 45 C¸n bé h−íng dÇn: ThS. §µo B¸ Phong C¸n bé duyÖt: NhËn xÐt cña gi¸o viªn duyÖt: ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. L−u V¨n HiÖu & L−¬ng V¨n H−ng CTM4 - K45 5 Bé m«n GCVL&DCCN §å ¸n tèt nghiÖp ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. .............................................................................................................. Ngµy.......th¸ng.......n¨m........... Ng−êi duyÖt L−u V¨n HiÖu & L−¬ng V¨n H−ng CTM4 - K45 6 Bé m«n GCVL&DCCN §å ¸n tèt nghiÖp Lêi nãi ®Çu C«ng nghÖ m« pháng ®ang dÇn chiÕm mét vÞ trÝ quan träng trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt. Bëi v× sau qu¸ tr×nh tÝnh to¸n thiÕt kÕ chóng ta rÊt mong ®îi mét c¸ch nµo ®ã xem hÖ thèng ho¹t ®éng cã ®óng nh− mong ®îi kh«ng, tr¸nh viÖc ®i vµo s¶n xuÊt lu«n mµ ch¼ng may gÆp nçi thiÕt kÕ, tÝnh to¸n nµo ®ã g©y l·ng phÝ lín c¶ vÒ vËt chÊt lÉn thêi gian. V× vËy cïng víi qu¸ tr×nh tÝnh to¸n thiÕt kÕ kÕt hîp víi c«ng cô m« pháng chóng ta cã thÓ m« pháng lu«n hÖ thèng ®Ó kh¶o s¸t hÖ thèng, xem hÖ thèng ho¹t ®éng nh− thÕ nµo … ®· ®óng nh− mong ®îi ch−a. Qua ®ã cã thÓ rót ng¾n thêi gian vµ gi¶m chi phÝ nghiªn cøu – ph¸t triÓn s¶n phÈm mét c¸ch ®¸ng kÓ. §iÒu nµy ®Æc biÖt cã ý nghÜa khi s¶n phÈm lµ c¸c hÖ thèng thiÕt bÞ kü thuËt phøc hîp víi gi¸ trÞ kinh tÕ cao. Cïng víi sù ph¸t triÓn cña c«ng nghÖ ®iÖn tö vµ tin häc C«ng nghÖ m« pháng ®ang ph¸t triÓn rÊt nhanh víi h−íng øng dông tin häc. NhiÒu n−íc tiªn tiÕn trªn thÕ giíi ®· nghiªn cøu vµ cho ra ®êi nh÷ng phÇn mÒm m« pháng m¹nh víi dao diÖn ®å ho¹ vµ kh¶ n¨ng ho¹t ®éng nh− thËt. Mét trong nh÷ng phÇn mÒm ®ã lµ phÇn mÒm Matlab, mét c«ng cô m¹nh cho phÐp m« pháng vµ kh¶o s¸t ®èi t−îng, hÖ thèng hay qu¸ tr×nh kü thuËt – vËt lý …vv. B»ng c«ng cô Simulink vµ SimMechanics trong phÇn mÒm Matlab, víi sù gióp ®ì tËn t×nh cña thÇy gi¸o §µo B¸ Phong chóng t«i, hai sinh viªn L−u V¨n HiÖu vµ L−¬ng V¨n H−ng ®· tiÕn hµnh thiÕt kÕ m« pháng mét hÖ thèng ®iÒu khiÓn cÇn trôc, mét c«ng cô thiÕt yÕu dïng trong x©y dùng vµ c«ng nghiÖp ®Ó di chuyÓn vËt nÆng, hµng ho¸ vµ vËt liÖu. Trªn c¬ së m« h×nh to¸n cña cÇn trôc quay, chóng t«i thiÕt kÕ hai bé ®iÒu khiÓn riªng bao gåm bé ®iÒu khiÓn tÞnh tiÕn h−íng kÝnh vµ bé ®iÒu khiÓn quay. Bªn trong mçi bé ®iÒu khiÓn , cã hai bé ®iÒu khiÓn PID ®−îc dïng _ bé ®iÒu khiÓn PID tù hiÖu chØnh cho ®óng chuyÓn ®éng h−íng kÝnh vµ chuyÓn ®éng quay cña cÇn trôc, bé ®iÒu khiÓn PID lµm gi¶m dÇn sù dao ®éng cña vËt nÆng ®Õn møc nhá nhÊt cã thÓ. Nh÷ng kÕt qu¶ m« pháng cho thÊy r»ng ho¹t ®éng cña bé ®iÒu khiÓn lµ tèt. Qua ®©y hai chóng t«i xin ®−îc bÇy tá lßng biÕt ¬n s©u x¾c ®Õn thÇy gi¸o §µo B¸ Phong ng−êi ®· tËn t×nh h−íng dÉn hai chóng t«i trong suèt qu¸ tr×nh lµm ®å ¸n. Còng xin ®−îc c¶m ¬n thÇy Hoµng VÜnh Sinh ®· cho chóng t«i nhiÒu ý kiÕn quý b¸u gióp chóng t«i hoµn thµnh ®å ¸n nµy. Do thêi gian cã h¹n còng nh− sù h¹n chÕ vÒ kiÕn thøc cña chóng t«i, h¼n chóng t«i cßn nh÷ng thiÕu sãt rÊt mong nh÷ng gãp ý, nh÷ng lêi nhËn xÐt bæ sung cña c¸c thÇy vµ c¸c b¹n sinh viªn. Xin ch©n thµnh c¶m ¬n! Hµ Néi, th¸ng 5 n¨m 2005 Hai sinh viªn: L−u V¨n HiÖu L−¬ng V¨n H−ng L−u V¨n HiÖu & L−¬ng V¨n H−ng CTM4 - K45 7 Bé m«n GCVL&DCCN §å ¸n tèt nghiÖp Môc lôc PhÇn1: PhÇn mÒn matlab, c«ng cô simulink vµ khèi simmechanics .............................................................................................. 10 1.1. PhÇn mÒn matlab, c«ng cô simulink...................................................... 10 1.2. c«ng cô simmechanics........................................................................... 10 1.2.1. Th− viÖn bodies............................................................................... 10 1.2.1.1. Khèi Body ................................................................................ 10 1.2.1.2. Khèi Ground ............................................................................ 17 1.2.2. Th− viÖn Constraints & Drivers ...................................................... 18 1.2.2.1. Khèi Angle driver .................................................................... 18 1.2.2.2. Khèi Distance driver ................................................................ 20 1.2.2.3. Khèi Linear driver ................................................................... 21 1.2.2.4. Khèi Velocity driver ................................................................ 22 1.2.2.5. Khèi Point- curve driver .......................................................... 24 1.2.2.6. Khèi Parallel constraint ........................................................... 26 1.2.2.7. Khèi Gear constraint................................................................ 27 1.2.3. Th− viÖn Joints:............................................................................... 29 1.2.3.1. Khèi Primastic ......................................................................... 29 1.2.3.2. Khèi Revolute .......................................................................... 33 1.2.3.3. Khèi Spherical.......................................................................... 34 1.2.3.4. Khèi Planar .............................................................................. 36 1.2.3.5. Khèi Univeral........................................................................... 37 1.2.3.6. Khèi Cylindrical ...................................................................... 39 1.2.3.7. Khèi Gimbal ............................................................................ 40 1.2.3.8. Khèi Custom joint.................................................................... 41 1.2.3.9. Khèi Weld................................................................................ 43 1.2.3.10. Khèi Telescoping..................................................................... 44 1.2.3.11. Khèi In-Plane........................................................................... 45 1.2.3.12. Khèi Bushing ........................................................................... 47 1.2.3.13. Khèi Bearing............................................................................ 48 1.2.3.14. Khèi SÜx-DoF........................................................................... 49 1.2.3.15. Khèi Screw .............................................................................. 50 1.2.4. Th− viÖn Sensor & Actuators.......................................................... 52 1.2.4.1. Khèi Body actuator .................................................................. 52 1.2.4.2. Khèi Joint actuator................................................................... 54 1.2.4.3. Khèi Driver Actuator ............................................................... 58 1.2.4.4. Khèi Body sensor..................................................................... 61 1.2.4.5. Khèi Joint sensor ..................................................................... 64 1.2.4.6. Khèi Constraint & driver sensor .............................................. 69 1.2.4.7. Khèi Joint Initial Condition Actuator ...................................... 72 1.2.4.8. Khèi Joint Stiction Actuator .................................................... 74 1.2.5. Th− viÖn Utilities ............................................................................ 76 1.2.5.1. Khèi Connection ports ............................................................. 76 L−u V¨n HiÖu & L−¬ng V¨n H−ng CTM4 - K45 8 §å ¸n tèt nghiÖp Bé m«n GCVL&DCCN PhÇn2: øNg dông c«ng cô simmechanics m« pháng hÖ ®iÒu khiÓn cÇn trôc................................................................................. 78 2.1. Giíi thiÖu vÒ CÇn trôc............................................................................ 78 2.2. §Æt vÊn ®Ò .............................................................................................. 79 2.3. M« pháng hÖ thèng c¬ ®éng häc cña cÇn trôc quay víi c«ng cô SimMechanics .................................................................................................. 80 2.3.1. C¸c gi¶ thiÕt khi m« pháng............................................................. 80 2.3.2. M« pháng hÖ thèng c¬ ®éng häc .................................................... 81 2.4. S¬ ®å hÖ thèng ®iÒu khiÓn ..................................................................... 88 2.4.1. S¬ ®å khèi hÖ thèng ®iÒu khiÓn ...................................................... 88 2.4.2. Chän bé ®iÒu khiÓn PID.................................................................. 89 2.4.2.1. Lý do chän bé ®iÒu khiÓn PID ................................................. 89 2.4.2.2. Giíi thiÖu vÒ bé ®iÒu khiÓn PID .............................................. 90 2.4.3. S¬ ®å c¸c bé ®iÒu khiÓn .................................................................. 92 2.4.3.1. S¬ ®å khèi bé ®iÒu khiÓn tÞnh tiÕn h−íng kÝnh........................ 92 2.4.3.2. S¬ ®å khèi bé ®iÒu khiÓn quay................................................. 93 2.5. M« pháng hÖ thèng ®iÒu khiÓn víi c«ng cô Simulink........................... 94 2.5.1. M« pháng bé ®iÒu khiÓn tÞnh tiÕn h−íng kÝnh ............................... 95 2.5.2. M« pháng bé ®iÒu khiÓn quay ........................................................ 96 2.6. GhÐp nèi hÖ thèng ®iÒu khiÓn víi hÖ thèng c¬ ®éng häc ...................... 97 2.6.1. Khèi tÝnh to¸n th«ng sè ghÐp nèi ................................................... 97 2.6.2. GhÐp nèi hÖ ®iÒu khiÓn víi hÖ thèng c¬ ®éng häc ......................... 99 2.7. TÝnh to¸n bé ®iÒu khiÓn PID.................................................................. 99 2.7.1. §Þnh h−íng tÝnh to¸n c¸c th«ng sè bé ®iÒu khiÓn PID................... 99 2.7.2. TÝnh to¸n c¸c th«ng sè PID cho bé ®iÒu khiÓn tÞnh tiÕn h−íng kÝnh 100 2.7.3. TÝnh to¸n c¸c th«ng sè PID cho bé ®iÒu khiÓn quay .................... 101 2.7.4. KiÓm tra vµ hiÖu chØnh c¸c th«ng sè PID trong tr−êng hîp c¸c bé ®iÒu khiÓn ®ång thêi ho¹t ®éng .................................................................. 102 2.8. M« pháng & ®¸nh gi¸ chÊt l−îng m« pháng....................................... 102 2.8.1. TiÕn hµnh m« pháng ..................................................................... 102 2.8.1.1. KÕt qu¶ m« pháng khi kh«ng cã hÖ ®iÒu khiÓn ..................... 103 2.8.1.2. KÕt qu¶ m« pháng khi cã hÖ ®iÒu khiÓn ................................ 103 2.9. h−íng ph¸t triÓn ................................................................................... 117 KÕt luËn .................................................................................................... 118 L−u V¨n HiÖu & L−¬ng V¨n H−ng CTM4 - K45 9 Bé m«n GCVL&DCCN §å ¸n tèt nghiÖp PhÇn1: 1.1. PhÇn mÒn matlab, c«ng cô simulink vµ khèi simmechanics PhÇn mÒn matlab, c«ng cô simulink MATLAB lµ mét bé ch−¬ng tr×nh phÇn mÒn lín ®−îc viÕt cho m¸y tÝnh PC nh»m hç trî cho c¸c tÝnh to¸n khoa häc kÜ thuËt víi c¸c phÇn tö c¬ b¶n lµ c¸c ma trËn. ThuËt ng÷ Matlab lµ ch÷ viÕt t¾t tõ hai tõ MATrix vµ LABoratory, thÓ hiÖn ®Þnh h−íng chÝnh cña ch−¬ng tr×nh lµ c¸c phÐp tÝnh vector vµ ma trËn. PhÇn cèt lâi cña ch−¬ng tr×nh bao gåm c¸c hµm to¸n häc, c¸c chøc n¨ng xuÊt nhËp còng nh− c¸c kh¶ n¨ng ®iÒu khiÓn ch−¬ng tr×nh. MATLAB cung cÊp c¸c toolbox víi ph¹m vi chøc n¨ng chuyªn dông kh¸c nhau. VÝ dô nh− : mét sè toolbox liªn quan tíi ®iÒu khiÓn( control system toolbox, Optimzation toolbox...) ; c¸c toolbox liªn quan tíi lÜnh vùc ®iÖn, c¬ khÝ... SIMULINK lµ mét c«ng cô cña MATLAB nh»m môc ®Ých m« h×nh ho¸, m« pháng vµ kh¶o s¸t c¸c hÖ thèng ®éng häc. Giao diÖn ®å ho¹ trªn mµn h×nh cña SIMULINK cho phÐp thÓ hiÖn hÖ thèng d−íi d¹ng s¬ ®å tÝn hiÖu víi c¸c khèi chøc n¨ng quen thuéc. SIMULINK cung cÊp cho ng−êi sö dông mét th− viÖn rÊt phong phó, cã s½n víi sè l−îng lín c¸c khèi chøc n¨ng cho c¸c hÖ tuyÕn tÝnh, phi tuyÕn vµ gi¸n ®o¹n. 1.2. c«ng cô simmechanics SIMMECHANICS lµ mét c«ng cô cña Matlab cho phÐp ng−êi dïng m« h×nh ho¸ ®−îc c¸c chi tiÕt c¬ khÝ, tõ ®ã x©y dùng ®−îc m« h×nh c¸c bé phËn m¸y, c¸c m¸y c¬ khÝ. SIMMECHANICS gåm cã c¸c th− viÖn vµ c¸c khèi sau: 1.2.1. Th− viÖn bodies 1.2.1.1. Khèi Body Môc ®Ých: BiÓu diÔn mét vËt thÓ cøng tuú ý L−u V¨n HiÖu & L−¬ng V¨n H−ng CTM4 - K45 10 §å ¸n tèt nghiÖp Bé m«n GCVL&DCCN M« t¶: Khèi Body biÓu diÔn mét vËt thÓ cøng mµ thuéc tÝnh cña nã lµ tuú ý b¹n. Sù miªu t¶, b¹n cÇn Ên ®Þnh bao gåm: • Khèi l−îng cña vËt thÓ vµ tensor m«men qu¸n tÝnh • To¹ ®é träng t©m cña vËt thÓ (CG) • Mét sè hÖ to¹ ®é Body tuú ý (CSs) Mét vËt thÓ cøng ®−îc x¸c ®Þnh trong kh«ng gian bëi vÞ trÝ träng t©m vµ h−íng cña nã trong mét hÖ to¹ ®é nµo ®ã. ViÖc ®Æt nh÷ng ®iÒu kiÖn ban ®Çu (Setting Body Initial Conditions) : VÞ trÝ vµ h−íng ban ®Çu cña vËt thÓ ®−îc cµi ®Æt bëi nh÷ng môc nhËp trong hép tho¹i Body cña nã. Nh÷ng ®iÒu kiÖn ban ®Çu ®ã gi÷ nguyªn kh«ng thay ®æi; trõ phi, b¹n nèi nã víi mét khèi t¹o ®iÒu kiÖn ban ®Çu cho khíp( Joint Initial Condition Actuator), b¹n thay ®æi ®iÒu kiÖn ban ®Çu cña khíp ®· ®−îc nèi víi Body tr−íc khi b¾t ®Çu m« pháng, hoÆc b¹n kÝch ®éng Body víi mét khèi Body Actuator. Trong SimMechanics, b¹n nhËp vµo thuéc tÝnh cña Body qua hai líp, thuéc tÝnh h×nh häc vµ thuéc tÝnh khèi l−îng: • Thuéc tÝnh h×nh häc ®−îc x¸c ®Þnh bëi hÖ to¹ ®é Body cña vËt. ° HÖ to¹ ®é Body cÇn ®Õn ë møc tèi thiÓu lµ hÖ to¹ ®é víi gèc cña nã ë t¹i träng t©m. §iÓm träng t©m x¸c ®Þnh c¶ vÞ trÝ ban ®Çu cña toµn Body vµ lµ gèc cña hÖ to¹ ®é träng t©m. B¹n còng ph¶i ®Æt h−íng cho nh÷ng trôc hÖ to¹ ®é träng t©m. ° B¹n cã thÓ ®Æt thªm mét sè hÖ to¹ ®é Body trªn Body. B¹n ph¶i ®Þnh nghÜa mçi hÖ to¹ ®é Body bëi vÞ trÝ gèc cña nã vµ h−íng nh÷ng trôc to¹ ®é cña nã. ° Mçi sù kÕt nèi cña mét khèi Joint, Constraint/ Driver, Actuator, hoÆc Sensor víi mét Body cÇn ®Õn mét ®iÓm mÊu trªn Body. §iÓm mÊu nµy lµ mét trong sè nh÷ng gèc hÖ to¹ ®é Body. ° HÖ to¹ ®é Body trªn khèi s½n sµng dïng cho viÖc nèi kÕt hiÖn lªn trªn c¸c bªn cña khèi. B¹n cã thÓ cho hiÖn hay ©n bëi cæng hÖ to¹ ®é Body mçi hÖ to¹ ®é Body trªn c¸c phÝa cña khèi. ° TËp hîp nh÷ng gèc hÖ to¹ ®é Body x¸c ®Þnh vá låi cña Body, mét trong sè nh÷ng h×nh biÓu t−îng xuÊt hiÖn biÓu diÔn mét Body trong kh«ng gian. L−u V¨n HiÖu & L−¬ng V¨n H−ng CTM4 - K45 11 §å ¸n tèt nghiÖp Bé m«n GCVL&DCCN • Thuéc tÝnh khèi l−îng ®−îc ®Þnh nghÜa bëi khèi l−îng cña Body vµ tensor qu¸n tÝnh. ° Khèi l−îng lµ qu¸n tÝnh cña Body øng víi gia tèc dÞch chuyÓn cña träng t©m b»ng 1 trong sù ph¶n øng víi mét lùc t¸c dông b»ng 1 ®¬n vÞ. ° Tensor qu¸n tÝnh thÓ hiÖn sù ph©n bè mËt ®é khèi l−îng trong Body vµ ®iÒu khiÓn gia tèc quay cña Body xung quanh träng t©m b»ng sù ph¶n øng víi mét m«men t¸c dông. ° Nh÷ng thµnh phÇn cña tensor qu¸n tÝnh ®iÒu khiÓn h−íng ban ®Çu cña Body vµ lu«n lu«n ®−îc thÓ hiÖn nh− trong nh÷ng trôc hÖ to¹ ®é träng t©m. H−íng nh÷ng trôc hÖ to¹ ®é träng t©m ®èi víi hÖ to¹ ®é kh¸c bªn ngoµi Body (World CS, mét CS trªn mét Ground, hoÆc mét CS trªn mét Body kh¸c) sau ®ã x¸c ®Þnh h−íng cña Body ®èi víi nh÷ng Body kh¸c hay ®èi víi World. ° Tensor qu¸n tÝnh cña Body ®Þnh nghÜa trôc chÝnh cña nã, m«men vµ ellipsoid t−¬ng ®−¬ng cña nã, mét trong sè nh÷ng h×nh biÓu t−îng xuÊt hiÖn cho sù biÓu diÔn mét Body trong kh«ng gian. NgÇm ®Þnh tr¹ng th¸i ban ®Çu cña mét Body (Default Initial State of a Body) Hai bé thuéc tÝnh ®ã x¸c ®Þnh vÞ trÝ vµ h−íng ban ®Çu cña Body: • VÞ trÝ ban ®Çu cña Body ®−îc ®Æt bëi vÞ trÝ träng t©m cña nã. • H−íng ban ®Çu ®−îc ®Æt bëi nh÷ng thµnh phÇn tensor qu¸n tÝnh cña nã (trong hÖ to¹ ®é träng t©m) vµ h−íng cña nh÷ng trôc to¹ ®é träng t©m ®èi víi hÖ to¹ ®é kh¸c trong m¸y. §iÒu kiÖn ban ®Çu cña mét m¸y cã thÓ ®−îc thay ®æi víi khèi Joint Initial Condition Actuator tr−íc khi b¾t ®Çu qu¸ tr×nh m« pháng. NÕu b¹n kh«ng thay ®æi tr¹ng th¸i ban ®Çu cña mét Body tr−íc khi m« pháng, SimMechanics ®Æt vÞ trÝ/ h−íng ban ®Çu tíi nh÷ng môc hép tho¹i Body cña nã. SimMechanics còng ®Æt nh÷ng vËn tèc dµi/ gãc ban ®Çu cña Body lµ 0 trong tr−êng hîp nµy. L−u V¨n HiÖu & L−¬ng V¨n H−ng CTM4 - K45 12 §å ¸n tèt nghiÖp Bé m«n GCVL&DCCN Hép tho¹i vµ nh÷ng th«ng sè (Dialog Box and Parameters) H×nh 1.2.1.1a: B¶ng th«ng sè ®Þnh nghÜa body Hép tho¹i cã hai vïng ho¹t ®éng, Mass Properties vµ Body Cooordinate Systems. • Mass Properties ° Mass NhËp vµo khèi l−îng cña Body trong vïng ®Çu tiªn vµ chän ®¬n vÞ trong danh môc kÐo xuèng phÝa bªn ph¶i, sè thùc hoÆc biÓu thøc t−¬ng ®−¬ng trong MATLAB. Gi¸ trÞ ngÇm ®Þnh lµ 1 vµ kg. ° Inertia tensor NhËp vµo tensor qu¸n tÝnh (®èi víi nh÷ng trôc cña hÖ to¹ ®é träng t©m Body) trong vïng ®Çu tiªn vµ chän ®¬n vÞ trong danh môc kÐo xuèng ë phÝa bªn ph¶i. Tensor ph¶i lµ ma trËn sè thùc 3x3. Tensor ngÇm ®Þnh lµ ma trËn ®¬n vÞ 3x3. Mét tensor 0 zeros (3,3) ®Þnh nghÜa khèi l−îng ®iÓm. §¬n vÞ ngÇm ®Þnh lµ kg-m2. • Body Coordinate Systems (Nh÷ng hÖ to¹ ®é Body) ° Configuring a Body Coordinate System (®Þnh cÊu h×nh hÖ to¹ ®é Body) L−u V¨n HiÖu & L−¬ng V¨n H−ng CTM4 - K45 13 §å ¸n tèt nghiÖp Bé m«n GCVL&DCCN B¹n cµi ®Æt hÖ to¹ ®é Body trong vïng Body coordinate systems: + NgÇm ®Þnh viÖc ®Þnh cÊu h×nh gåm cã ba hÖ to¹ ®é Body: CÇn ®Õn hÖ to¹ ®é träng t©m g¾n víi träng t©m cña Body vµ hai hÖ to¹ ®é Body tuú ý kh¸c, ®−îc gäi lµ CS1 vµ CS2, ®Ó kÕt nèi Joint, Constraint, hoÆc Driver. + B¹n cã thÓ ®Þnh cÊu h×nh hÖ to¹ ®é träng t©m nh−ng kh«ng thÓ xo¸ nã. B¹n còng kh«ng thÓ thªm hÖ to¹ ®é träng t©m, mÆc dï b¹n cã thÓ sao l¹i hÖ to¹ ®é träng t©m víi tªn kh¸c. + Nh÷ng hÖ to¹ ®é kh¸c cã thÓ ®−îc h×nh thµnh hoÆc xo¸ nh− ý muèn. + §Þnh h×nh hÖ to¹ ®é Body cÇn ®Õn hai nhãm b−íc: - VÞ trÝ gèc hÖ to¹ ®é Body trong b¶ng Position - §Þnh h−íng c¸c trôc hÖ to¹ ®é Body trong b¶ng Orientation. + §Þnh nghÜa hÖ to¹ ®é Body cÇn quy vµo mét sè c¸i kh¸c, hÖ to¹ ®é tån t¹i tr−íc. Trong mét khèi Body, b¹n cã thÓ quy vµo hÖ to¹ ®é Body vµ Grounded theo ba c¸ch. HÖ to¹ ®é liªn quan ph¶i lµ: - World - HÖ to¹ ®é Body kh¸c trªn cïng mét Body - Adjoining CS, hÖ to¹ ®é trªn Body hµng xãm hoÆc Ground trùc tiÕp nèi víi hÖ to¹ ®é Body ®−îc chän bëi mét Joint, Constraint, hoÆc Driver. H×nh 1.2.1.1b: HÖ to¹ ®é cña body liªn quan + Lùa chän gi÷a b¶ng Position hoÆc Orientation víi nh÷ng th«ng sè trong mçi b¶ng. Mçi hÖ to¹ ®é Body ®−îc g¾n víi mét tªn, vÝ nh− CG cho hÖ to¹ ®é träng t©m, vµ CS1, CS2, …, cho nh÷ng hÖ to¹ ®é thªm vµo. • §Þnh cÊu h×nh cho b¶ng Position Vïng Position cho mçi hÖ to¹ ®é Body x¸c ®Þnh vÞ trÝ gèc cña hÖ to¹ ®é nh− mét vector tÞnh tiÕn. L−u V¨n HiÖu & L−¬ng V¨n H−ng CTM4 - K45 14 §å ¸n tèt nghiÖp Bé m«n GCVL&DCCN ° Nh÷ng thµnh phÇn b»ng sè cña vector mang theo ®¬n vÞ. ° Gèc ®−îc dêi ®i tõ gèc cña mét c¸i kh¸c, hÖ to¹ ®é tån t¹i tr−íc trong m¸y mãc cña b¹n bëi vector tÞnh tiÕn nµy. ° Nh÷ng thµnh phÇn cña vector tÞnh tiÕn ®−îc ®Þnh h−íng ®èi víi bé trôc to¹ ®é kh¸c. H×nh 1.2.1.1c: Th«ng sè x¸c ®Þnh c¸c hÖ to¹ ®é body * Vector vÞ trÝ cña gèc to¹ ®é [x y z]( Origin posittion vector [x y z]) NhËp vµo vector tÞnh tiÕn x¸c ®Þnh vÞ trÝ gèc hÖ to¹ ®é Body mµ ta ®ang ®Þnh nghÜa. * Units Lùa chän ®¬n vÞ dµi cho vector tÞnh tiÕn. NgÇm ®Þnh lµ m. * X¸c ®Þnh gèc hÖ to¹ ®é liªn quan tíi hÖ to¹ ®é ta ®ang ®Þnh nghÜa th«ng qua vector tÞnh tiÕn ta ®· nhËp( Translated from the origin of) Trong danh môc kÐo xuèng, cã c¸c sù lùa chän kh¸c, hÖ to¹ ®é tån t¹i tr−íc trong m¸y mãc cña b¹n mµ x¸c ®Þnh ®iÓm b¾t ®Çu cho vector tÞnh tiÕn. Sù lùa chän lµ World, Adjoining, vµ hÖ to¹ ®é Body kh¸c trªn Body nµy. ®iÓm cuèi cña vector tÞnh tiÕn lµ gèc cña hÖ to¹ ®é body nµy. * X¸c ®Þnh h−íng c¸c trôc cña hÖ to¹ ®é ta ®ang ®Þnh nghÜa th«ng qua vector tÞnh tiÕn ®· nhËp( Components in the axes of) Trong danh môc kÐo xuèng, chän hÖ to¹ ®é mµ nh÷ng trôc cña nã x¸c ®Þnh nh÷ng thµnh phÇn vector tÞnh tiÕn. Sù lùa chän lµ WORLD, ADJOINING, vµ hÖ to¹ ®é Body kh¸c trªn Body nµy. Nh÷ng thµnh phÇn vector tÞnh tiÕn ®−îc chiÕu lªn c¸c trôc cña to¹ ®é ®−îc chän trong cét nµy. L−u V¨n HiÖu & L−¬ng V¨n H−ng CTM4 - K45 15 §å ¸n tèt nghiÖp Bé m«n GCVL&DCCN • §Þnh cÊu h×nh cho vïng Orientation Vïng Orientation cho mçi hÖ to¹ ®é Body x¸c ®Þnh h−íng cña bé ba trôc hÖ to¹ ®é ®ã nh− mét nh− mét vector quay: Vector h−íng x¸c ®Þnh vector quay cã ba thµnh phÇn ° Thµnh phÇn b»ng sè cña vector mang theo ®¬n vÞ cña nã. ° Sù quay ®−îc ®Þnh h−íng ®èi víi bé nh÷ng trôc to¹ ®é cña hÖ to¹ ®é tån t¹i tr−íc trong m«h×nh m¸y cña b¹n. ° Nh÷ng thµnh phÇn vector h−íng ®−îc thÓ hiÖn trong sù qui −íc miªu t¶ chuyÓn ®éng quay. H×nh 1.2.1.1d: B¶ng th«ng sè x¸c ®Þnh h−íng cña body * Orientation vector (Vector h−íng) NhËp vµo nh÷ng thµnh phÇn cña vector quay mµ x¸c ®Þnh h−íng nh÷ng trôc hÖ to¹ ®é Body. ý nghÜa h×nh häc cña nh÷ng thµnh phÇn ®ã ®−îc x¸c ®Þnh bëi cét “Specified using convention”. Nh÷ng môc nhËp ®Æc biÖt ®èi víi hÖ to¹ ®é träng t©m ®Þnh h−íng c¸c trôc hÖ to¹ ®é träng t©m. Cïng víi môc nhËp Inertia tensor trong Mass properties, nh÷ng trôc hÖ to¹ ®é träng t©m ®Þnh h−íng toµn bé Body vÒ hÖ to¹ ®é kh¸c trong m¸y mãc cña b¹n. * Units Lùa chän ®¬n vÞ gãc cho sù quay, ®é hoÆc rad. NgÇm ®Þnh lµ ®é. Relative to coordinate system Trong danh môc kÐo xuèng, lùa chän hÖ to¹ ®é tån t¹i tr−íc trong m« h×nh m¸y cña b¹n mµ ®Þnh nghÜa h−íng ban ®Çu cho chuyÓn ®éng quay. Sù lùa chän lµ WORLD, ADJOINING, vµ nh÷ng hÖ to¹ ®é kh¸c trªn Body nµy. L−u V¨n HiÖu & L−¬ng V¨n H−ng CTM4 - K45 16 §å ¸n tèt nghiÖp Bé m«n GCVL&DCCN * Specified using convention Trong danh môc kÐo xuèng, lùa chän kiÓu biÓu diÔn cho chuyÓn ®éng quay: Rotation Conventions (Nh÷ng qui −íc quay) Cã ba qui −íc chung miªu t¶ chuyÓn ®éng quay: • Euler Qui −íc gãc Euler Ên ®Þnh chuyÓn ®éng quay nh÷ng trôc hÖ to¹ ®é Body bëi sù quay xung quanh ba trôc theo thø tù. Nh÷ng thµnh phÇn cña vector cét 1x3 lµ lÇn l−ît lµ gãc quay xung quanh trôc X, Y, Z b¨ng ®¬n vÞ ®é hoÆc rad. VÝ dô nh−, Euler X-Y-Z cã nghÜa lµ quay xung quanh trôc X ®Çu tiªn, tiÕp theo lµ xung quanh trôc Y, kÕ tiÕp lµ xung quanh trôc Z. • 3-by-3 Transform (BiÕn ®æi ma trËn 3x3) Qui −íc transform x¸c ®Þnh sù quay nh− mét ma trËn quay trùc giao kh«ng thø nguyªn. Sù nghÞch ®¶o ma trËn trùc giao R lµ b»ng ma trËn chuyÓn vÞ: R1=RT. Cét cña R lµ nh÷ng vector ®¬n vÞ (x,y,z) theo nh÷ng trôc hÖ to¹ ®é Body. Danh môc nh÷ng ®¬n vÞ lµ kh«ng ho¹t ®éng. • Quaternion Qui luËt Quaternion x¸c ®Þnh sù quay d−íi h×nh thøc gãc trôc nh− mét vector cét kh«ng thø nguyªn 1x4 [nx*sin( /2) ny*sin( /2) nz*sin( /2) cos( /2)] n=(nx, ny, nz) lµ mét vector ba thµnh phÇn víi chiÒu dµi ®¬n vÞ:n*n = nx2 + ny2 + nz2 = 1 Vector ®¬n vÞ n x¸c ®Þnh trôc quay. Gãc quay xung quanh trôc ®ã lµ θ vµ tu©n theo quy t¾c bµn tay ph¶i. 1.2.1.2. Khèi Ground Môc ®Ých BiÓu diÔn mét ®iÓm cè ®Þnh trªn nÒn/gi¸ ®ì, n¬i ®Æt gèc cña hÖ to¹ ®é World. M« t¶ Mét khèi Ground biÓu diÔn mét ®iÓm cè ®Þnh trong hÖ to¹ ®é tuyÖt ®èi World. G¾n khèi nµy vµo mét bªn cña khíp ®Ó ng¨n chÆn sù chuyÓn ®éng cña bªn ®ã cña khíp. Nh− vËy th× khèi nµy t−¬ng øng víi mét ngµm. L−u V¨n HiÖu & L−¬ng V¨n H−ng CTM4 - K45 17 §å ¸n tèt nghiÖp Bé m«n GCVL&DCCN Ground n»m trong th− viÖn Bodies vµ nã chÝnh lµ mét body ®Æc biÖt. Nh−ng chóng ta chØ cã thÓ nèi mét ®Çu cña nã víi mét khíp. C¸c khèi ground tù ®éng lÊy hÖ to¹ ®é cã c¸c trôc song song víi hÖ täa ®éng World( g¾n t¹i mét trong c¸c ground tr−íc ®ã) vµ gèc t¹i ground point. BÊt k× mét m« h×nh Simmechanics nµo còng cÇn cã Ýt nhÊt mét ground B¹n kh«ng thÓ nèi c¸c khèi c¶m biÕn còng nh− kÝch ®éng vµo ground bëi v× chóng ®©u cã chuyÓn ®éng. B¶ng th«ng sè H×nh 1.2.1.2: B¶ng th«ng sè x¸c ®Þnh Ground Th«ng sè cña ground chØ cã to¹ ®é gèc cña ground trong hÖ to¹ ®é World, ®ã lµ mét vÐct¬ cã ba thµnh phÇn vµ ®¬n vÞ cña nã. Khi b¹n nhËp th«ng sè cho ground lµ [0 0 0] th× ground ®ã chÝnh lµ t¹i gèc to¹ ®é Wrold. 1.2.2. Th− viÖn Constraints & Drivers 1.2.2.1. Khèi Angle driver Môc ®Ých §Þnh râ gãc gi÷a hai vector trôc cña Body nh− mét hµm theo thêi gian M« t¶ Khèi Angle Driver truyÒn dÉn ®éng c¸c vector trôc ®· ®−îc ®Þnh nghÜa trªn hai Body. B¹n ®Þnh râ c¸c vector trôc cña “follower body” vµ “base body” cè ®Þnh aB, aF L−u V¨n HiÖu & L−¬ng V¨n H−ng CTM4 - K45 18 §å ¸n tèt nghiÖp Bé m«n GCVL&DCCN trong hÖ to¹ ®é Body trªn mçi Body ë c¸c bªn cña “Angle Driver”, sau ®ã truyÒn dÉn ®éng gãc gi÷a nh÷ng vector trôc body nh− mét hµm cña thêi gian. Khèi Angle Driver ®Þnh râ gãc θ ®−îc ®Þnh nghÜa bëi c«ng thøc cos = |aB.aF|/(|aB|.|aF|) nh− mét hµm cña thêi gian: = f(t) . B¹n liªn kÕt khèi Angle Driver víi mét khèi Driver Actuator. TÝn hiÖu vµo Simulink trong Driver Actuator x¸c ®Þnh hµm truyÒn phô thuéc thêi gian f(t) vµ hai ®¹o hµm ®Çu cña nã còng nh− nh÷ng ®¬n vÞ cña nã. NÕu b¹n kh«ng kÝch ®éng Angle Driver, khèi nµy ho¹t ®éng nh− mét sù c−ìng bøc thêi gian ®éc lËp mµ lµm cè ®Þnh gãc gi÷a hai trôc Body ë t¹i gi¸ trÞ ban ®Çu cña nã trong suèt qu¸ tr×nh m« pháng. C¸c Driver h¹n chÕ bËc tù do t−¬ng ®èi gi÷a mét cÆp Body nh− hµm thêi gian ®Þnh ra. Mét c¸ch côc bé trong m¸y, ng−êi ta thay thÕ mét khíp nh− lµ sù diÔn ®¹t bËc tù do. Mét c¸ch toµn diÖn, khèi Driver ph¶i xuÊt hiÖn trong nh÷ng vßng ®ãng. Nh− nh÷ng Body ®−îc kÕt nèi víi khíp, hai Body ®−îc kÕt nèi víi Driver theo thø tù nh− base vµ follower, Ên ®Þnh h−íng chuyÓn ®éng t−¬ng ®èi. B¹n còng cã thÓ nèi mét khèi Driver víi mét Constraint&Driver Sensor, mµ ®o nh÷ng ph¶n lùc/m«men gi÷a nh÷ng Body truyÒn ®éng. Hép tho¹i vµ nh÷ng th«ng sè (Dialog Box and Parameters) H×nh 1.2.2.1: B¶ng th«ng sè cña khèi Angle Driver L−u V¨n HiÖu & L−¬ng V¨n H−ng CTM4 - K45 19 §å ¸n tèt nghiÖp Bé m«n GCVL&DCCN C¸c th«ng sè cña khèi Angle Driver • Fixed axis: cho Base Body vµ Follower Body, theo thø tù, nhËp vµo nh÷ng vector trôc body. NgÇm ®Þnh lµ [1 0 0]. • Reference csys (hÖ to¹ ®é quy chiÕu): Sö dông danh môc kÐo xuèng, chän hÖ to¹ ®é (World, base Body CS, hoÆc follower Body CS) mµ nh÷ng trôc to¹ ®é cña chóng vµ nh÷ng vector trôc follower Body vµ base Body lµ cïng h−íng víi nhau. HÖ to¹ ®é nµy còng x¸c ®Þnh ph¶n lùc/m«men mang ý nghÜa tuyÖt ®èi. NgÇm ®Þnh lµ WORLD. 1.2.2.2. Khèi Distance driver Môc ®Ých §Þnh râ kho¶ng c¸ch gi÷a hai gèc hÖ to¹ ®é Body nh− mét hµm theo thêi gian M« t¶ Khèi Distance Driver truyÒn dÉn ®éng kho¶ng c¸ch gi÷a hai gèc cña hai hÖ to¹ ®é Body nh− mét hµm thêi gian mµ b¹n ®Þnh râ. Hµm nµy ph¶i lu«n lu«n ®−îc gi÷ kh«ng ©m trong khi m« pháng. Cho r1, r2 lµ nh÷ng vector vÞ trÝ gèc cña CS1 trªn mét Body vµ cña CS2 trªn mét Body kh¸c. Distance Driver ®Þnh ra kho¶ng c¸ch v« h−íng |r1 - r2| gi÷a nh÷ng ®iÓm ®ã nh− mét hµm thêi gian: |r1 - r2| = f(t). B¹n nèi khèi Distance Driver víi mét khèi Driver Actuator. L−u V¨n HiÖu & L−¬ng V¨n H−ng CTM4 - K45 20
- Xem thêm -