Соединение с одним призматическим и одним поворотным примитивами, имеющими параллельные оси движения
Суставы
Этот блок представляет собой соединение с одной поступательной и одной вращательной степенью свободы. Один призматический примитив обеспечивает трансляционную степень свободы. Один революционный примитив обеспечивает вращательную степень свободы. Оси перемещения и вращения остаются выровненными во время моделирования.
Совместные степени свободы
Блок соединения представляет движение между базовым и ведомым кадрами как последовательность изменяющихся во времени преобразований. Каждый примитив соединения применяет одно преобразование в этой последовательности. Преобразование перемещает или вращает ведомую раму относительно соединительной примитивной базовой рамы. Для всех, кроме первого примитива соединения, базовый кадр совпадает с последовательным кадром предыдущего примитива соединения в последовательности.
На каждом временном шаге во время моделирования блок соединения применяет последовательность изменяющихся во времени преобразований кадров в следующем порядке:
Поворот:
Вокруг оси Z базовой рамки Z Revolute Primitive (Rz).
Перевод:
Вдоль оси Z базовой рамки Z Prismatic Primitive (Pz).
На рисунке показана последовательность, в которой на данном этапе моделирования происходят совместные преобразования. Результирующий кадр каждого преобразования служит базовым кадром для следующего преобразования.
Последовательность преобразования соединения
Набор необязательных целевых состояний направляет сборку для каждого примитива соединения. Цели включают положение и скорость. Уровень приоритета устанавливает относительную важность целевых показателей состояния. Если две цели несовместимы, уровень приоритета определяет, какие из целей должны удовлетворяться.
Параметры внутренней механики учитывают накопление и рассеивание энергии на каждом примитиве соединения. Пружины действуют как элементы накопления энергии, сопротивляясь любым попыткам смещения примитива соединения из его равновесного положения. В качестве элементов рассеивания энергии выступают соединительные демпферы. Пружины и демпферы строго линейные.
Во всех примитивах, кроме ходового винта и постоянной скорости, пределы соединения служат для ограничения диапазона движения между рамами. Примитив соединения может иметь нижнюю границу, верхнюю границу, оба или, в состоянии по умолчанию, либо. Для закрепления границ соединение добавляет к каждому пружину-демпфер. Чем жестче пружина, тем труднее упор или отскок, если возникают колебания. Чем сильнее демпфер, тем глубже потери вязкости, которые постепенно уменьшают колебания контакта или, в сверхамперированных примитивах, удерживают их от образования полностью.
Каждый примитив соединения имеет набор необязательных приводных и чувствительных отверстий. Приводные порты принимают физические сигнальные входы, которые управляют общими примитивами. Этими входами могут быть силы и моменты или желаемая траектория соединения. Измерительные порты обеспечивают физические сигнальные выходы, которые измеряют примитивное движение соединения, а также приводные силы и моменты. Режимы срабатывания и типы датчиков изменяются в зависимости от примитива соединения.
Укажите цели первобытного состояния вращения и их уровни приоритета. Цель состояния является желаемым значением для одного из параметров совместного состояния - положения и скорости. Уровень приоритета - это относительная важность цели состояния. Он определяет, насколько точно должна быть достигнута цель. Используйте инструмент Отчет о модели (Model Report) в обозревателе Mechanics, чтобы проверить статус сборки для каждого целевого состояния соединения.
Выберите этот параметр, чтобы задать требуемое положение примитива соединения в нулевое время. Это относительный угол поворота, измеренный вокруг примитивной оси соединения рамы толкателя относительно рамы основания. Указанный целевой объект разрешен в базовом кадре. При выборе этого параметра отображаются поля приоритета и значения.
Эта опция используется для задания требуемой скорости примитива соединения в нулевое время. Это относительная угловая скорость, измеренная вокруг примитивной оси соединения ведомой рамы относительно базовой рамы. Он разрешен в базовой рамке. При выборе этого параметра отображаются поля приоритета и значения.
Выберите приоритет цели состояния. Это уровень важности, присвоенный цели состояния. Если все целевые показатели состояния не могут быть выполнены одновременно, уровень приоритета определяет, какие целевые показатели должны удовлетворяться первыми и насколько точно они должны удовлетворяться. Эта опция применяется как к позиционным целям, так и к целям состояния скорости.
| Уровень приоритета | Описание |
|---|---|
High (desired) | Точное удовлетворение цели состояния |
Low (approximate) | Удовлетворение целевого состояния приблизительно |
Примечание
Во время сборки высокоприоритетные цели ведут себя как точные направляющие. Низкоприоритетные цели ведут себя как грубые направляющие.
Введите числовое значение целевого состояния. Значение по умолчанию: 0. Выберите или введите физическую единицу измерения. Значение по умолчанию: deg для положения и deg/s для скорости.
Укажите примитивную внутреннюю механику вращения. Внутренняя механика включает в себя линейные моменты пружины, учет накопления энергии и линейные моменты демпфирования, учет рассеяния энергии. Можно игнорировать внутреннюю механику, сохраняя значения жесткости пружины и коэффициента демпфирования на уровне 0.
Введите положение равновесия пружины. Это угол поворота между базовой и ведомой рамами, при котором крутящий момент пружины равен нулю. Значение по умолчанию: 0. Выберите или введите физическую единицу измерения. Значение по умолчанию: deg.
Введите постоянную линейной пружины. Это крутящий момент, необходимый для поворота примитива соединения на единичный угол. Значение по умолчанию: 0. Выберите или введите физическую единицу измерения. Значение по умолчанию: N*m/deg.
Введите коэффициент линейного демпфирования. Это крутящий момент, необходимый для поддержания постоянной примитивной угловой скорости соединения между базовой и ведомой рамами. Значение по умолчанию: 0. Выберите или введите физическую единицу измерения. Значение по умолчанию: N*m/(deg/s).
Ограничение диапазона движения примитива соединения. Ограничения соединения используют пружинные амортизаторы для сопротивления перемещению за пределы диапазона. Примитив соединения может иметь нижнюю границу, верхнюю границу, оба или, в состоянии по умолчанию, либо. Чем жестче пружина, тем труднее упор или отскок, если возникают колебания. Чем сильнее демпфер, тем больше потери вязкости, которые постепенно уменьшают колебания контакта или, в сверхамперированных примитивах, удерживают их от образования в целом.
Выберите для добавления нижней границы к диапазону движения примитива соединения.
Выберите для добавления верхней границы к диапазону движения примитива соединения.
Расположение, за которым можно противостоять совместному путешествию. Местоположение - это смещение от основания к толкателю, измеренное в базовой раме, с которого начинается контакт. Это расстояние вдоль оси призматических примитивов, угол вокруг оси вращающихся примитивов и угол между двумя осями сферических примитивов.
Сопротивление контактной пружины смещению за предел соединения. Пружина линейна, а ее жесткость постоянна. Чем больше значение, тем труднее остановка. Отношение сил пружины к силам демпфера определяет, является ли упор недостаточно демпфируемым и подверженным колебаниям при контакте.
Сопротивление контактного демпфера движению за предел стыка. Демпфер является линейным, а его коэффициент постоянным. Чем больше значение, тем больше вязкие потери, которые постепенно уменьшают контактные колебания, если таковые возникают. Отношение сил пружины к силам демпфера определяет, является ли упор недостаточно демпфируемым и подверженным колебаниям при контакте.
Область, над которой поднимается сила демпфера пружины до ее полного значения. Область представляет собой расстояние вдоль оси в призматических примитивах, угол вокруг оси в вращающихся примитивах и угол между двумя осями в сферических примитивах.
Чем меньше область, тем резче начало контакта и меньше временной шаг, требуемый решателем. В компромиссе между точностью моделирования и скоростью моделирования уменьшение переходной области повышает точность, а расширение - скорость.
Задайте опции срабатывания для примитива вращающегося соединения. Режимы включения включают крутящий момент и движение. Выбор Provided by Input из выпадающего списка для режима включения добавляет соответствующий порт физического сигнала в блок. Этот порт используется для указания входного сигнала. Входные сигналы разрешаются в базовом кадре.
Выберите настройку крутящего момента срабатывания. Значение по умолчанию: None.
| Установка крутящего момента при срабатывании | Описание |
|---|---|
None | Нет крутящего момента. |
Provided by Input | Крутящий момент срабатывания от входа физического сигнала. Сигнал обеспечивает крутящий момент, действующий на ведомую раму относительно базовой рамы вокруг примитивной оси соединения. На базовую раму действует равный и противоположный крутящий момент. |
Automatically computed | Момент срабатывания от автоматического расчета. Simscape™ Multibody™ вычисляет и применяет крутящий момент на основе динамики модели. |
Выберите настройку движения срабатывания. Значение по умолчанию: Automatically Computed.
| Настройка движения приведения в действие | Описание |
|---|---|
Provided by Input | Совместное примитивное движение от входа физического сигнала. Сигнал обеспечивает требуемую траекторию рамы толкателя относительно рамы основания вдоль примитивной оси соединения. |
Automatically computed | Примитивное движение соединения из автоматического расчета. Simscape Multibody вычисляет и применяет примитивное движение соединения на основе динамики модели. |
Выберите переменные для считывания в примитиве соединения вращения. Выбор переменной открывает физический сигнальный порт, который выводит измеренную величину как функцию времени. Каждая величина измеряется для рамы толкателя относительно базовой рамы. Он разрешен в базовой рамке. Сигналы измерений можно использовать для анализа или в качестве входных данных в системе управления.
Выберите эту опцию для определения относительного угла поворота рамы толкателя относительно базовой рамы вокруг примитивной оси соединения.
Выберите эту опцию, чтобы измерить относительную угловую скорость рамы толкателя относительно базовой рамы вокруг примитивной оси соединения.
Выберите эту опцию для определения относительного углового ускорения рамы толкателя относительно базовой рамы вокруг примитивной оси соединения.
Выберите эту опцию, чтобы измерить крутящий момент, действующий на раму толкателя относительно базовой рамы вокруг примитивной оси соединения.
Укажите призматические примитивные цели состояния и их уровни приоритета. Цель состояния является желаемым значением для одного из параметров совместного состояния - положения и скорости. Уровень приоритета - это относительная важность цели состояния. Он определяет, насколько точно должна быть достигнута цель. Используйте инструмент Отчет о модели (Model Report) в обозревателе Mechanics, чтобы проверить статус сборки для каждого целевого состояния соединения.
Выберите этот параметр, чтобы задать требуемое положение примитива соединения в нулевое время. Это относительное положение, измеренное вдоль примитивной оси соединения, начала координат рамы толкателя относительно начала координат базовой рамы. Указанный целевой объект разрешен в базовом кадре. При выборе этого параметра отображаются поля приоритета и значения.
Эта опция используется для задания требуемой скорости примитива соединения в нулевое время. Это относительная скорость, измеренная вдоль примитивной оси соединения, начала координат рамы толкателя относительно начала координат базовой рамы. Он разрешен в базовой рамке. При выборе этого параметра отображаются поля приоритета и значения.
Выберите приоритет цели состояния. Это уровень важности, присвоенный цели состояния. Если все целевые показатели состояния не могут быть выполнены одновременно, уровень приоритета определяет, какие целевые показатели должны удовлетворяться первыми и насколько точно они должны удовлетворяться. Эта опция применяется как к позиционным целям, так и к целям состояния скорости.
| Уровень приоритета | Описание |
|---|---|
High (desired) | Точное удовлетворение цели состояния |
Low (approximate) | Удовлетворение целевого состояния приблизительно |
Примечание
Во время сборки высокоприоритетные цели ведут себя как точные направляющие. Низкоприоритетные цели ведут себя как грубые направляющие.
Введите числовое значение целевого состояния. Значение по умолчанию: 0. Выберите или введите физическую единицу измерения. Значение по умолчанию: m для положения и m/s для скорости.
Укажите призматическую примитивную внутреннюю механику. Внутренняя механика включает в себя линейные силы пружины, учет накопления энергии и демпфирующие силы, учет рассеяния энергии. Можно игнорировать внутреннюю механику, сохраняя значения жесткости пружины и коэффициента демпфирования на уровне 0.
Введите положение равновесия пружины. Это расстояние между основанием и началом рамы толкателя, при котором сила пружины равна нулю. Значение по умолчанию: 0. Выберите или введите физическую единицу измерения. Значение по умолчанию: m.
Введите постоянную линейной пружины. Это сила, необходимая для смещения примитива соединения на единичное расстояние. Значение по умолчанию: 0. Выберите или введите физическую единицу измерения. Значение по умолчанию: N/m.
Введите коэффициент линейного демпфирования. Это сила, необходимая для поддержания постоянной скорости примитива соединения между базовой и ведомой рамами. Значение по умолчанию: 0. Выберите или введите физическую единицу измерения. Значение по умолчанию: N/(m/s).
Ограничение диапазона движения примитива соединения. Ограничения соединения используют пружинные амортизаторы для сопротивления перемещению за пределы диапазона. Примитив соединения может иметь нижнюю границу, верхнюю границу, оба или, в состоянии по умолчанию, либо. Чем жестче пружина, тем труднее упор или отскок, если возникают колебания. Чем сильнее демпфер, тем больше потери вязкости, которые постепенно уменьшают колебания контакта или, в сверхамперированных примитивах, удерживают их от образования в целом.
Выберите для добавления нижней границы к диапазону движения примитива соединения.
Выберите для добавления верхней границы к диапазону движения примитива соединения.
Расположение, за которым можно противостоять совместному путешествию. Местоположение - это смещение от основания к толкателю, измеренное в базовой раме, с которого начинается контакт. Это расстояние вдоль оси призматических примитивов, угол вокруг оси вращающихся примитивов и угол между двумя осями сферических примитивов.
Сопротивление контактной пружины смещению за предел соединения. Пружина линейна, а ее жесткость постоянна. Чем больше значение, тем труднее остановка. Отношение сил пружины к силам демпфера определяет, является ли упор недостаточно демпфируемым и подверженным колебаниям при контакте.
Сопротивление контактного демпфера движению за предел стыка. Демпфер является линейным, а его коэффициент постоянным. Чем больше значение, тем больше вязкие потери, которые постепенно уменьшают контактные колебания, если таковые возникают. Отношение сил пружины к силам демпфера определяет, является ли упор недостаточно демпфируемым и подверженным колебаниям при контакте.
Область, над которой поднимается сила демпфера пружины до ее полного значения. Область представляет собой расстояние вдоль оси в призматических примитивах, угол вокруг оси в вращающихся примитивах и угол между двумя осями в сферических примитивах.
Чем меньше область, тем резче начало контакта и меньше временной шаг, требуемый решателем. В компромиссе между точностью моделирования и скоростью моделирования уменьшение переходной области повышает точность, а расширение - скорость.
Задайте опции срабатывания для примитива призматического соединения. Режимы включения включают в себя силу и движение. Выбор Provided by Input из выпадающего списка для режима включения добавляет соответствующий порт физического сигнала в блок. Этот порт используется для указания входного сигнала. Сигналы срабатывания разрешаются в базовой раме.
Выберите настройку силы срабатывания. Значение по умолчанию: None.
| Настройка силы срабатывания | Описание |
|---|---|
None | Сила срабатывания отсутствует. |
Provided by Input | Сила срабатывания от входа физического сигнала. Сигнал обеспечивает силу, действующую на ведомую раму по отношению к базовой раме вдоль примитивной оси соединения. На базовую раму действует равная и противоположная сила. |
Automatically computed | Усилие срабатывания от автоматического расчета. Simscape Multibody вычисляет и применяет силу срабатывания на основе динамики модели. |
Выберите настройку движения срабатывания. Значение по умолчанию: Automatically Computed.
| Настройка движения приведения в действие | Описание |
|---|---|
Provided by Input | Совместное примитивное движение от входа физического сигнала. Сигнал обеспечивает требуемую траекторию рамы толкателя относительно рамы основания вдоль примитивной оси соединения. |
Automatically computed | Примитивное движение соединения из автоматического расчета. Simscape Multibody вычисляет и применяет примитивное движение соединения на основе динамики модели. |
Выберите переменные для считывания в примитиве призматического соединения. Выбор переменной открывает физический сигнальный порт, который выводит измеренную величину как функцию времени. Каждая величина измеряется для рамы толкателя относительно базовой рамы. Он разрешен в базовой рамке. Сигналы измерений можно использовать для анализа или в качестве входных данных в системе управления.
Выберите эту опцию для определения относительного положения начала координат рамы толкателя относительно начала координат базовой рамы вдоль примитивной оси соединения.
Выберите эту опцию, чтобы определить относительную скорость начала координат рамы толкателя относительно начала координат базовой рамы вдоль примитивной оси соединения.
Выберите эту опцию для определения относительного ускорения начала координат рамы толкателя относительно начала координат базовой рамы вдоль примитивной оси соединения.
Выберите эту опцию, чтобы измерить силу срабатывания, действующую на ведомую раму по отношению к базовой раме вдоль примитивной оси соединения.
Укажите режим соединения. Режим соединения может быть нормальным или отключенным во время моделирования, или можно предоставить входной сигнал для изменения режима во время моделирования.
Выберите одну из следующих опций, чтобы задать режим соединения. Значение по умолчанию: Normal.
| Метод | Описание |
|---|---|
Normal | Соединение ведет себя нормально на протяжении всего моделирования. |
Disengaged | Соединение расцепляется на протяжении всего моделирования. |
Provided by Input | Эта опция отображает порт режима, который можно подключить к входному сигналу для изменения режима соединения во время моделирования. Режим соединения является нормальным, когда входной сигнал 0 и отключается, когда входной сигнал -1. Режим соединения может быть многократно изменен во время моделирования. |
Выберите составные силы и моменты для определения. Их измерения охватывают все общие примитивы и не специфичны ни для одного. Они бывают двух видов: ограниченность и тотальность.
Измерения зависимости дают сопротивление движению на заблокированных осях соединения. Например, в призматических соединениях, которые запрещают перемещение на плоскости xy, это сопротивление уравновешивает все возмущения в направлениях x и y. Суммарные измерения дают сумму по всем силам и моментам, обусловленным входами срабатывания, внутренними пружинами и демпферами, пределами положения соединения и кинематическими ограничениями, ограничивающими степени свободы соединения.
Вектор для считывания из пары действие-реакция между базовой и ведомой рамками. Пара возникает из третьего закона движения Ньютона, который для блока соединения требует, чтобы сила или крутящий момент на раме толкателя сопровождали равную и противоположную силу или крутящий момент на раме основания. Укажите, следует ли воспринимать воздействие основной рамы на ведомую раму или воздействие ведомой рамы на базовую раму.
Кадр, на котором выполняется разрешение векторных компонентов измерения. Кадры с различной ориентацией дают различные векторные компоненты для одного и того же измерения. Укажите, следует ли извлекать эти компоненты из осей базовой рамы или из осей ведомой рамы. Выбор имеет значение только в соединениях с вращательными степенями свободы.
Динамическая переменная для измерения. Зависимость приводит к смещению счетчика на заблокированных осях соединения, позволяя при этом выполнять его на свободных осях его примитивов. Выберите для вывода вектора силы зависимости через порт fc.
Динамическая переменная для измерения. Крутящие моменты зависимости противодействуют вращению на заблокированных осях соединения, позволяя ему вращаться на свободных осях его примитивов. Выберите для вывода вектора крутящего момента ограничения через порт tc.
Динамическая переменная для измерения. Общая сила - это сумма всех примитивов соединения по всем источникам - входам срабатывания, внутренним пружинам и демпферам, ограничениям положения соединения и кинематическим ограничениям. Выберите для вывода вектора общей силы через порт ft.
Динамическая переменная для измерения. Суммарный крутящий момент - это сумма всех примитивов соединения по всем источникам - входам срабатывания, внутренним пружинам и демпферам, ограничениям положения соединения и кинематическим ограничениям. Выберите для вывода вектора общего крутящего момента через порт tt.
Этот блок имеет два порта полки. Он также имеет дополнительные физические сигнальные порты для задания входных сигналов срабатывания и определения динамических переменных, таких как силы, крутящие моменты и движение. Можно открыть дополнительный порт, установив флажок датчика, соответствующий этому порту.
B - Базовая рама
F - Рамка толкателя
Призматический примитив соединения обеспечивает следующие приводные отверстия:
fz - Сила срабатывания, действующая на примитив призматического соединения Z
pz - Желаемая траектория примитива призматического соединения Z
Примитив поворотного соединения обеспечивает следующие приводные отверстия:
tz - крутящий момент срабатывания, действующий на примитив поворотного соединения Z
qz - Требуемое вращение Z-образного шарнира
Примитив призматического соединения обеспечивает следующие чувствительные порты:
pz - Положение примитива призматического соединения Z
vz - Скорость примитива призматического соединения Z
az - Ускорение примитива призматического соединения Z
fz - Сила срабатывания, действующая на примитив призматического соединения Z
fllz - сила, обусловленная контактом с нижней границей примитива призматического соединения Z
fulz - сила, обусловленная контактом с верхней границей примитива призматического соединения Z
Примитив поворотного соединения обеспечивает следующие чувствительные порты:
qz - Угловое положение примитива шарнира вращения Z
wz - Угловая скорость примитива шарнира вращения Z
bz - Угловое ускорение примитива шарнира вращения Z
tz - крутящий момент срабатывания, действующий на примитив поворотного соединения Z
tllz - крутящий момент из-за контакта с нижней границей Z-образного шарнира
tulz - крутящий момент из-за контакта с верхней границей Z-образного шарнира
Следующие измерительные каналы обеспечивают композитные силы и крутящие моменты, действующие на соединение:
fc - Сила зависимости
tc - Момент ограничения
ft - Общая сила
tt - Общий крутящий момент
Конфигурация режима обеспечивает следующий порт:
mode - Значение режима стыка. Если вход равен 0, соединение ведет себя нормально. Если вход равен -1, соединение ведет себя как расцепленное.