Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Ứng dụng của simmechanics simulink matlap trong việc mô phỏng robot...

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

.PDF
119
740
91

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 -

Tài liệu liên quan