Сферическое соединение
Соединение с одним сферическим примитивом
Библиотека
Соединения
Описание
Этот блок представляет соединение с тремя вращательными степенями свободы. Один сферический примитив обеспечивает три вращательных степени свободы. Основа и источники кадра последователя остаются совпадающими во время симуляции.
Объединенные степени свободы
Объединенный блок представляет движение между основой и кадрами последователя как одно изменяющееся во времени преобразование. Сферический примитив (S) применяет это преобразование, которое заставляет кадр последователя вращаться относительно опорной рамы о произвольной 3-D оси. Этот объединенный примитив не восприимчив, чтобы установить в карданном подвесе блокировку.
Объединенное преобразование
Набор дополнительного состояния предназначается для блока руководства для каждого объединенного примитива. Цели включают положение и скорость. Приоритетный уровень устанавливает относительную важность целей состояния. Если две цели несовместимы, приоритетный уровень определяет который из целей, чтобы удовлетворить.
Внутренние параметры механики составляют аккумулирование энергии и рассеяние в каждом объединенном примитиве. Спрингское действие как элементы аккумулирования энергии, сопротивляясь любой попытке переместить объединенный примитив от его положения равновесия. Объединенные демпферы действуют как энергетические элементы рассеяния. Спрингс и демпферы строго линейны.
В почти ведущем винте и постоянных скоростных примитивах, объединенные пределы служат, чтобы обуздать область значений движения между кадрами. Объединенный примитив может иметь нижнюю границу, верхнюю границу, обоих, или, в состоянии по умолчанию, ни одном. Чтобы осуществить границы, соединение добавляет в каждого пружинный демпфер. Чем более жесткий пружина, тем тяжелее остановка или возврат, если колебания возникают. Чем более сильный демпфер, тем глубже вязкие потери, которые постепенно уменьшают колебания контакта или в сверхослабленных примитивах, мешают им формироваться в целом.
Каждый объединенный примитив имеет набор дополнительного приведения в действие и распознающихся портов. Порты приведения в действие принимают входные параметры физического сигнала, которые управляют объединенными примитивами. Эти входные параметры могут быть силами и крутящими моментами или желаемой объединенной траекторией. Распознающиеся порты предоставляют физическому сигналу выходные параметры, которые измеряют объединенное примитивное движение, а также силы приведения в действие и крутящие моменты. Режимы приведения в действие и распознающиеся типы меняются в зависимости от объединенного примитива.
Параметры
Сферический примитив: цели состояния
Задайте желаемые начальные состояния сферического объединенного примитива и их относительных приоритетных уровней. Состояния, для которых можно предназначаться, включают положение и скорость. Используйте приоритетный уровень, чтобы помочь алгоритму блока решить, какое из состояния предназначается в модели, чтобы более точно удовлетворить, должен конфликты между ними возникать.
Даже в отсутствие целевых конфликтов состояния, истинные начальные состояния могут отличаться от заданных здесь. Такие несоответствия могут произойти из-за кинематических ограничений, являющихся результатом других частей модели. Если цель состояния не может быть удовлетворена точно, она удовлетворена приблизительно. Несоответствия отмечены в Средстве просмотра Переменной Simscape (Analysis> Simscape> Variable Viewer).
- Specify Position Target
Проверяйте, чтобы задать желаемое вращение кадра последователя относительно опорной рамы в начале симуляции.
- Priority
Выберите целевой приоритет состояния. Это - уровень важности, присвоенный цели состояния. Если все цели состояния не могут быть одновременно удовлетворены, приоритетный уровень определяет, какие цели удовлетворить сначала и как тесно удовлетворить их. Эта опция применяется и к целям состояния положения и скорости.
Приоритетный уровень Описание High (desired)Удовлетворите цель состояния точно Low (approximate)Удовлетворите цель состояния приблизительно Примечание
Во время блока высокоприоритетные цели ведут себя как точные руководства. Низкоприоритетные цели ведут себя как грубые руководства.
- Value
Выберите метод, чтобы задать объединенную примитивную цель состояния.
Метод Описание NoneОграничьте основу и кадры последователя совместно использовать ту же ориентацию. Aligned AxesУстановите вращение кадра путем выравнивания двух осей кадра последователя с двумя осями опорной рамы. Standard AxisЗадайте вращение кадра как угол о стандартной оси (x, y или z). Arbitrary AxisЗадайте вращение кадра как угол о генерале [x, y, z] ось. Rotation SequenceЗадайте вращение кадра как последовательность трех элементарных вращений. Rotation MatrixЗадайте вращение кадра как предназначенную для правой руки ортогональную матрицу вращения.
Aligned AxesВыберите две пары осей кадра основного последователя.
Параметр Описание Pair 1 Первая пара основного последователя структурирует оси, чтобы выровняться. Pair 2 Вторая пара основного последователя структурирует оси, чтобы выровняться. Выбор оси зависит от выборов оси Pair 1. Standard AxisВыберите стандартную ось вращения, разрешенную в опорной раме, и укажите, что последователь структурирует угол поворота.
Параметр Описание Axis Стандартная ось вращения (X, Y, или Z) разрешенный в опорной раме. Angle Угол поворота кадра последователя приблизительно ось вращения относительно опорной рамы. Arbitrary AxisВыберите общую 3-D ось вращения, разрешенную в опорной раме, и укажите, что последователь структурирует угол поворота.
Параметр Описание Axis Общая ось вращения [X Y Z] разрешенный в опорной раме. Angle Угол поворота кадра последователя приблизительно ось вращения относительно опорной рамы. Rotation SequenceЗадайте последовательность трех элементарных вращений вокруг выбранной перестановки x, y, и оси z. Эти последовательности вращения также известны как последовательности Тайта-Брайана и Эйлера. Вращения являются теми из кадра последователя относительно кадра, выбранного в параметре Rotate About.
Если вы устанавливаете параметр Rotate About на
Follower Frame, кадр последователя вращается о его собственных осях. Эти оси изменяют ориентацию с каждым последовательным вращением. Если вы устанавливаете параметр Rotate About наBase Frame, кадр последователя вращается о фиксированных осях опорной рамы.Параметр Описание Rotation About Структурируйте чьи оси, чтобы вращать кадр последователя о. Sequence Последовательность осей, вокруг которых можно применить элементарные вращения. Angles Трехэлементный вектор с элементарными углами поворота приблизительно оси задан в параметре Sequence. Rotation MatrixЗадайте 3×3 матрица преобразования соответствующего вращения между кадрами последователя и основой. Матрица должна быть ортогональной и иметь детерминант +1. Матрицей по умолчанию является
[1 0 0; 0 1 0; 0 0 1].
- Specify Velocity Target
Проверяйте, чтобы задать желаемую вращательную скорость кадра последователя относительно опорной рамы в начале симуляции.
- Value
Введите относительную вращательную скорость кадра последователя против опорной рамы, как спроектировано на осях выбранного Resolution Frame (
Followerпо умолчанию). Этот параметр требует трехэлементного вектора с [x y z] компоненты разрешенной относительной скорости.- Resolution Frame
Выберите кадр, в котором можно разрешить компоненты скоростной цели. Кадр разрешения не является кадром измерения — заданная скорость всегда является скоростью кадра последователя относительно опорной рамы. Кадр разрешения просто обеспечивает альтернативный набор осей, относительно которых можно интерпретировать относительные скоростные компоненты. Настройкой по умолчанию является
Follower.
Сферический примитив: внутренняя механика
Задайте сферическую примитивную внутреннюю механику. Это включает линейную пружину и ослабляющие силы, составляя аккумулирование энергии и рассеяние, соответственно. Чтобы проигнорировать внутреннюю механику, сохраните пружинную жесткость и содействующие значения затухания в значении по умолчанию 0.
- Equilibrium Position
Выберите метод, чтобы задать пружинное положение равновесия. Положение равновесия является углом поворота между основой и кадрами порта последователя, в которых пружинный крутящий момент является нулем.
Метод Описание NoneОграничьте основу и кадры последователя совместно использовать ту же ориентацию. Aligned AxesУстановите вращение кадра путем выравнивания двух осей кадра последователя с двумя осями опорной рамы. Standard AxisЗадайте вращение кадра как угол о стандартной оси (x, y или z). Arbitrary AxisЗадайте вращение кадра как угол о генерале [x, y, z] ось. Rotation SequenceЗадайте вращение кадра как последовательность трех элементарных вращений. Rotation MatrixЗадайте вращение кадра как предназначенную для правой руки ортогональную матрицу вращения.
Aligned AxesВыберите две пары осей кадра основного последователя.
Параметр Описание Pair 1 Первая пара основного последователя структурирует оси, чтобы выровняться. Pair 2 Вторая пара основного последователя структурирует оси, чтобы выровняться. Выбор оси зависит от выборов оси Pair 1. Standard AxisВыберите стандартную ось вращения, разрешенную в опорной раме, и укажите, что последователь структурирует угол поворота.
Параметр Описание Axis Стандартная ось вращения (X, Y, или Z) разрешенный в опорной раме. Angle Угол поворота кадра последователя приблизительно ось вращения относительно опорной рамы. Arbitrary AxisВыберите общую 3-D ось вращения, разрешенную в опорной раме, и укажите, что последователь структурирует угол поворота.
Параметр Описание Axis Общая ось вращения [X Y Z] разрешенный в опорной раме. Angle Угол поворота кадра последователя приблизительно ось вращения относительно опорной рамы. Rotation SequenceЗадайте последовательность трех элементарных вращений вокруг выбранной перестановки x, y, и оси z. Эти последовательности вращения также известны как последовательности Тайта-Брайана и Эйлера. Вращения являются теми из кадра последователя относительно кадра, выбранного в параметре Rotate About.
Если вы устанавливаете параметр Rotate About на
Follower Frame, кадр последователя вращается о его собственных осях. Эти оси изменяют ориентацию с каждым последовательным вращением. Если вы устанавливаете параметр Rotate About наBase Frame, кадр последователя вращается о фиксированных осях опорной рамы.Параметр Описание Rotation About Структурируйте чьи оси, чтобы вращать кадр последователя о. Sequence Последовательность осей, вокруг которых можно применить элементарные вращения. Angles Трехэлементный вектор с элементарными углами поворота приблизительно оси задан в параметре Sequence. Rotation MatrixЗадайте 3×3 матрица преобразования соответствующего вращения между кадрами последователя и основой. Матрица должна быть ортогональной и иметь детерминант +1. Матрицей по умолчанию является
[1 0 0; 0 1 0; 0 0 1].
- Spring Stiffness
Введите линейный коэффициент упругости. Это - крутящий момент, требуемый переместить объединенный примитив модульным углом. Линейный термин относится к математической форме пружинного уравнения. Значением по умолчанию является
0. Выберите физическую единицу измерения. Значением по умолчанию являетсяN*m/deg.- Damping Coefficient
Введите линейный коэффициент затухания. Это - крутящий момент, требуемый поддержать постоянную объединенную примитивную угловую скорость между кадрами последователя и основой. Значением по умолчанию является
0. Выберите физическую единицу измерения. Значением по умолчанию являетсяN*m/(deg/s).
Сферический примитив: пределы
Ограничьте область значений движения объединенного примитива. Соединение ограничивает пружинные демпферы использования, чтобы сопротивляться перемещению мимо границ области значений. Объединенный примитив может иметь нижнюю границу, верхнюю границу, обоих, или, в состоянии по умолчанию, ни одном. Чем более жесткий пружина, тем тяжелее остановка или возврат, если колебания возникают. Чем более сильный демпфер, тем больше вязкие потери, которые постепенно уменьшают колебания контакта или в сверхослабленных примитивах, мешают им формироваться в целом.
- Specify Lower Limit
Выберите, чтобы добавить нижнюю границу в область значений движения объединенного примитива.
- Specify Upper Limit
Выберите, чтобы добавить верхнюю границу в область значений движения объединенного примитива.
- Value
Местоположение мимо, чтобы сопротивляться объединенному перемещению. Местоположение является смещением от основы до последователя, как измерено в опорной раме, в которой начинается контакт. Это - расстояние вдоль оси в призматических примитивах, углу об оси в закрученных назад примитивах и углу между двумя осями в сферических примитивах.
- Spring Stiffness
Сопротивление пружины контакта к смещению мимо объединенного предела. Пружина линейна, и ее жесткость является постоянной. Чем больше значение, тем тяжелее остановка. Пропорция пружины силам демпфера определяет, является ли остановка underdamped и подверженный колебаниям на контакте.
- Damping Coefficient
Сопротивление демпфера контакта, чтобы двинуться мимо объединенного предела. Демпфер линеен, и его коэффициент является постоянным. Чем больше значение, тем больше вязкие потери, которые постепенно уменьшают колебания контакта, если кто-либо возникает. Пропорция пружины силам демпфера определяет, является ли остановка underdamped и подверженный колебаниям на контакте.
- Transition Region
Область, по которой можно повысить силу пружинного демпфера до ее полной стоимости. Область является расстоянием вдоль оси в призматических примитивах, углу об оси в закрученных назад примитивах и углу между двумя осями в сферических примитивах.
Чем меньший область, тем более резкое начало контакта и меньшего такт требуется из решателя. В компромиссе между точностью симуляции и скоростью симуляции, уменьшая область перехода улучшает точность, в то время как расширение его улучшает скорость.
Сферический примитив: приведение в действие
Задайте опции приведения в действие для сферического объединенного примитива. Режимы приведения в действие включают Torque только. Выбор входа крутящего момента добавляет соответствующий порт физического сигнала в блок. Используйте этот порт, чтобы задать сигнал крутящего момента приведения в действие.
- Torque
Выберите источник для крутящего момента приведения в действие. Настройкой по умолчанию является
None.Установка крутящего момента приведения в действие Описание NoneНе примените крутящий момент приведения в действие. Provided by InputПримените крутящий момент приведения в действие на основе физического сигнала. Сигнал задает крутящий момент, действующий на кадр последователя относительно опорной рамы. Равный и противоположный крутящий момент действует на опорную раму. Выбор этой опции представляет дополнительные параметры. - Torque (X), Torque (Y), Torque (Z)
Выберите в порядке привести в действие сферический объединенный примитив о каждой стандартной Оси декартовой системы координат (X, Y, Z) отдельно. Блок представляет соответствующие порты физического сигнала. Используйте эти порты, чтобы задать сигналы крутящего момента приведения в действие. Сигналы должны быть скалярными значениями.
- Torque (XYZ)
Выберите в порядке привести в действие сферический объединенный примитив о произвольной оси [X Y Z]. Блок представляет соответствующий порт физического сигнала. Используйте этот порт, чтобы задать сигнал крутящего момента приведения в действие. Сигнал должен быть 3-D вектором.
- Frame
Выберите кадр, чтобы разрешить сигнал крутящего момента приведения в действие в. Оси этого кадра устанавливают направления этих X, Y, и компоненты крутящего момента Z. Настройкой по умолчанию является
Base.
Сферический примитив: обнаружение
Выберите переменные движения, чтобы распознаться в сферическом объединенном примитиве. Блок добавляет соответствующие порты физического сигнала. Используйте эти порты, чтобы вывести численные значения переменных движения.
Блок измеряет каждую переменную движения для кадра последователя относительно опорной рамы. Это разрешает, что переменная в кадре разрешения, что вы выбираете из Frame выпадающий список.
| Переменные движения | Описание |
|---|---|
| Position | Кватернион, описывающий последователя, структурирует вращение относительно опорной рамы. Коэффициенты кватерниона . Измерение является тем же самым во всех кадрах измерения. |
| Velocity (X), Velocity (Y), Velocity (Z) | Угловые скоростные компоненты приблизительно X, Y, и оси Z. |
| Velocity | 3-D угловой вектор скорости с компонентами приблизительно X, Y, и оси Z. |
| Acceleration (X), Acceleration (Y), Acceleration (Z) | Угловые ускоряющие компоненты приблизительно X, Y, и оси Z. |
| Acceleration | 3-D угловой ускоряющий вектор с компонентами приблизительно X, Y, и оси Z. |
- Frame
Выберите кадр, чтобы разрешить измерение в. Оси этого кадра устанавливают направления X, Y, и векторные компоненты Z. Настройкой по умолчанию является
Base.
Составное Обнаружение Силы/Крутящего момента
Выберите составные силы и крутящие моменты, чтобы распознаться. Их измерения охватывают все объединенные примитивы и не характерны ни для одного. Они прибывают в два вида: ограничение и общее количество.
Ограничительные измерения дают сопротивление против движения на заблокированных осях соединения. В призматических соединениях, например, которые запрещают перевод на xy плоскости, то сопротивление балансирует все возмущения в направлениях X и Y. Общие измерения дают сумму по всем силам, и закручивает из-за входных параметров приведения в действие, внутренние пружины и демпферы, объединенные пределы положения и кинематические ограничения, которые ограничивают степени свободы соединения.
- Direction
Вектор, чтобы распознаться от пары реакции действия между основой и кадрами последователя. Пара является результатом третьего закона Ньютона движения, которое, для объединенного блока, требует, чтобы сила или крутящий момент на кадре последователя сопровождали равную и противоположную силу или крутящий момент на опорной раме. Укажите, распознаться ли, который проявленный опорной рамой на кадре последователя или проявленный последователем структурирует на опорной раме.
- Resolution Frame
Структурируйте, на котором можно разрешить векторные компоненты измерения. Кадры с различными ориентациями дают различные векторные компоненты для того же измерения. Укажите, получить ли те компоненты от осей опорной рамы или от осей кадра последователя. Выбор имеет значение только в соединениях с вращательными степенями свободы.
- Constraint Force
Динамическая переменная, чтобы измериться. Ограничение обеспечивает встречный перевод на заблокированных осях соединения при разрешении его на свободных осях его примитивов. Выберите, чтобы вывести ограничительный вектор силы через порт fc.
- Constraint Torque
Динамическая переменная, чтобы измериться. Ограничение закручивает встречное вращение на заблокированных осях соединения при разрешении его на свободных осях его примитивов. Выберите, чтобы вывести ограничительный вектор крутящего момента через порт tc.
- Total Force
Динамическая переменная, чтобы измериться. Общая сила является суммой через все объединенные примитивы по всем источникам — входные параметры приведения в действие, внутренние пружины и демпферы, объединенные пределы положения и кинематические ограничения. Выберите, чтобы вывести общий вектор силы через порт ft.
- Total Torque
Динамическая переменная, чтобы измериться. Общий крутящий момент является суммой через все объединенные примитивы по всем источникам — входные параметры приведения в действие, внутренние пружины и демпферы, объединенные пределы положения и кинематические ограничения. Выберите, чтобы вывести общий вектор крутящего момента через порт tt.
Порты
Этот блок имеет два порта кадра. Это также имеет дополнительные порты физического сигнала для определения входных параметров приведения в действие и обнаружения динамических переменных, таких как силы, крутящие моменты и движение. Вы представляете дополнительный порт путем установки распознающегося флажка, соответствующего тому порту.
Структурируйте порты
B Опорная рама
F Кадр последователя
Порты приведения в действие
Сферический объединенный примитив обеспечивает следующие порты приведения в действие:
t Вектор крутящего момента приведения в действие [tx, ty, tz] действующий на сферический объединенный примитив
tx, ty, tz — X, Y, и компоненты Z крутящего момента приведения в действие, действующего на сферический объединенный примитив
Обнаружение портов
Сферический примитив обеспечивает следующие порты обнаружения:
Q Ориентация сферического объединенного примитива в форме кватерниона
wx, wy, wz — X, Y, и угловые скоростные компоненты Z сферического объединенного примитива
w Угловая скорость [wx, wy, wz] сферического объединенного примитива
основной обмен, bz — X, Y, и угловые ускоряющие компоненты Z сферического объединенного примитива
b Угловое ускорение [bx, by, bz] сферического объединенного примитива
Следующие порты обнаружения предоставляют составным силам и крутящим моментам, действующим на соединение:
фК Ограничительная сила
tc — Ограничительный крутящий момент
ft — Общая сила
tt — Общий крутящий момент
Расширенные возможности
Смотрите также
Соединение 6-DOF | Втулка соединения | Соединение карданова подвеса | Шарнирное соединение