Соединение с одним сферическим примитивом
Суставы
Этот блок представляет собой соединение с тремя степенями свободы вращения. Один сферический примитив обеспечивает три вращательные степени свободы. Исходные данные базового и ведомого кадров остаются совпадающими во время моделирования.
Совместные степени свободы
Блок соединения представляет движение между базовым и ведомым кадрами как одно изменяющееся во времени преобразование. Сферический примитив (S) применяет это преобразование, которое вызывает поворот рамы толкателя относительно базовой рамы вокруг произвольной оси 3-D. Этот примитив сустава не подвержен карданному замку.
Совместное преобразование
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 требуемые начальные состояния примитива сферического соединения и их относительные уровни приоритета. Состояния, к которым можно стремиться, включают положение и скорость. Используйте уровень приоритета, чтобы помочь алгоритму сборки решить, какие цели состояния в модели должны более точно удовлетворять в случае возникновения конфликтов между ними.
Даже при отсутствии конфликтов цели состояния истинные начальные состояния могут отличаться от указанных здесь. Такие расхождения могут возникать из-за кинематических ограничений, возникающих в других частях модели. Если государственная цель не может быть удовлетворена точно, она удовлетворяется приблизительно. Расхождения отмечаются в Simscape Variable Viewer (в галерее Apps щелкните Simscape Variable Viewer).
Установите флажок, чтобы указать требуемый поворот рамы толкателя относительно базовой рамы в начале моделирования.
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.
Выберите метод, чтобы указать целевой объект примитивного состояния соединения.
| Метод | Описание |
|---|---|
None | Наложите зависимость на базовые и ведомые рамки, чтобы они имели одинаковую ориентацию. |
Aligned Axes | Задайте поворот рамы путем выравнивания двух осей рамы толкателя с двумя осями базовой рамы. |
Standard Axis | Угол поворота рамы относительно стандартной оси (x, y или z). |
Arbitrary Axis | Задайте поворот рамки как угол вокруг общей оси [x, y, z]. |
Rotation Sequence | Задайте поворот кадра как последовательность из трех элементарных поворотов. |
Rotation Matrix | Задайте поворот кадра в качестве правосторонней матрицы ортогонального поворота. |
Aligned AxesВыберите две пары осей рамы базового толкателя.
| Параметр | Описание |
|---|---|
| Пара 1 | Первая пара осей рамы базового толкателя для выравнивания. |
| Пара 2 | Вторая пара осей рамы базового толкателя для выравнивания. Выбор оси зависит от выбора оси пары 1. |
Standard AxisВыберите стандартную ось вращения, разрешенную в базовой раме, и задайте угол поворота рамы толкателя.
| Параметр | Описание |
|---|---|
| Ось | Стандартная ось вращения (X, Y или Z), разрешенная в базовой рамке. |
| Угол | Угол поворота рамы толкателя относительно оси вращения относительно рамы основания. |
Arbitrary AxisВыберите общую ось вращения 3-D, разрешенную в базовой раме, и задайте угол поворота рамы толкателя.
| Параметр | Описание |
|---|---|
| Ось | Общая ось вращения [X Y Z], разрешенная в базовой рамке. |
| Угол | Угол поворота рамы толкателя относительно оси вращения относительно рамы основания. |
Rotation SequenceЗадайте последовательность из трех элементарных поворотов вокруг выбранной перестановки осей x, y и z. Эти последовательности вращения также известны как последовательности Эйлера и Таита-Брайана. Повороты являются поворотами рамы толкателя относительно рамы, выбранной в параметре «Повернуть вокруг».
Если для параметра «Повернуть вокруг» задано значение Follower Frame, рама толкателя поворачивается вокруг своих собственных осей. Эти оси изменяют ориентацию с каждым последовательным поворотом. Если для параметра «Повернуть вокруг» задано значение Base Frame, ведомая рама вращается вокруг фиксированных осей базовой рамы.
| Параметр | Описание |
|---|---|
| Поворот вокруг | Рамка, оси которой поворачиваются вокруг рамки толкателя. |
| Последовательность | Последовательность осей для применения элементарных вращений. |
| Углы | Трехэлементный вектор с элементарными углами поворота вокруг осей, заданных параметром Sequence. |
Rotation MatrixЗадайте матрицу преобразования 3 × 3 правильного поворота между базовым кадром и последовательным кадром. Матрица должна быть ортогональной и иметь определитель + 1. Матрица по умолчанию: [1 0 0; 0 1 0; 0 0 1].
Проверьте, чтобы задать требуемую скорость вращения рамы толкателя относительно базовой рамы в начале моделирования.
Введите относительную скорость вращения рамы толкателя относительно базовой рамы, как проецируется на оси выбранного кадра разрешения (по умолчанию Follower). Для этого параметра требуется трехэлементный вектор с
компонентами [x y z] разрешенной относительной
скорости.
Выберите кадр, в котором будут разрешены компоненты цели скорости. Кадр разрешения не является кадром измерения - заданная скорость всегда соответствует скорости кадра толкателя относительно базового кадра. Кадр разрешения просто предоставляет альтернативный набор осей, относительно которых следует интерпретировать компоненты относительной скорости. Значение по умолчанию: Follower.
Укажите сферическую примитивную внутреннюю механику. Это включает линейные силы пружины и демпфирования, учитывающие накопление и рассеивание энергии соответственно. Чтобы игнорировать внутреннюю механику, сохраняйте значения жесткости пружины и коэффициента демпфирования на значении по умолчанию 0.
Выберите метод задания положения равновесия пружины. Равновесное положение представляет собой угол поворота между базовой рамой и рамой порта толкателя, при котором крутящий момент пружины равен нулю.
| Метод | Описание |
|---|---|
None | Наложите зависимость на базовые и ведомые рамки, чтобы они имели одинаковую ориентацию. |
Aligned Axes | Задайте поворот рамы путем выравнивания двух осей рамы толкателя с двумя осями базовой рамы. |
Standard Axis | Угол поворота рамы относительно стандартной оси (x, y или z). |
Arbitrary Axis | Задайте поворот рамки как угол вокруг общей оси [x, y, z]. |
Rotation Sequence | Задайте поворот кадра как последовательность из трех элементарных поворотов. |
Rotation Matrix | Задайте поворот кадра в качестве правосторонней матрицы ортогонального поворота. |
Aligned AxesВыберите две пары осей рамы базового толкателя.
| Параметр | Описание |
|---|---|
| Пара 1 | Первая пара осей рамы базового толкателя для выравнивания. |
| Пара 2 | Вторая пара осей рамы базового толкателя для выравнивания. Выбор оси зависит от выбора оси пары 1. |
Standard AxisВыберите стандартную ось вращения, разрешенную в базовой раме, и задайте угол поворота рамы толкателя.
| Параметр | Описание |
|---|---|
| Ось | Стандартная ось вращения (X, Y или Z), разрешенная в базовой рамке. |
| Угол | Угол поворота рамы толкателя относительно оси вращения относительно рамы основания. |
Arbitrary AxisВыберите общую ось вращения 3-D, разрешенную в базовой раме, и задайте угол поворота рамы толкателя.
| Параметр | Описание |
|---|---|
| Ось | Общая ось вращения [X Y Z], разрешенная в базовой рамке. |
| Угол | Угол поворота рамы толкателя относительно оси вращения относительно рамы основания. |
Rotation SequenceЗадайте последовательность из трех элементарных поворотов вокруг выбранной перестановки осей x, y и z. Эти последовательности вращения также известны как последовательности Эйлера и Таита-Брайана. Повороты являются поворотами рамы толкателя относительно рамы, выбранной в параметре «Повернуть вокруг».
Если для параметра «Повернуть вокруг» задано значение Follower Frame, рама толкателя поворачивается вокруг своих собственных осей. Эти оси изменяют ориентацию с каждым последовательным поворотом. Если для параметра «Повернуть вокруг» задано значение Base Frame, ведомая рама вращается вокруг фиксированных осей базовой рамы.
| Параметр | Описание |
|---|---|
| Поворот вокруг | Рамка, оси которой поворачиваются вокруг рамки толкателя. |
| Последовательность | Последовательность осей для применения элементарных вращений. |
| Углы | Трехэлементный вектор с элементарными углами поворота вокруг осей, заданных параметром Sequence. |
Rotation MatrixЗадайте матрицу преобразования 3 × 3 правильного поворота между базовым кадром и последовательным кадром. Матрица должна быть ортогональной и иметь определитель + 1. Матрица по умолчанию: [1 0 0; 0 1 0; 0 0 1].
Введите постоянную линейной пружины. Это крутящий момент, необходимый для смещения примитива соединения на единичный угол. Термин линейный относится к математической форме уравнения пружины. Значение по умолчанию: 0. Выберите физическую единицу. 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 физическую единицу. 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 сферического соединения. Режимы включения включают только крутящий момент. При выборе входного крутящего момента в блок добавляется соответствующий порт физического сигнала. Используйте этот порт для указания сигнала крутящего момента срабатывания.
Выберите источник крутящего момента. Значение по умолчанию: None.
| Установка крутящего момента при срабатывании | Описание |
|---|---|
None | Не прикладывайте крутящий момент. |
Provided by Input | Применить крутящий момент на основе физического сигнала. Сигнал определяет крутящий момент, действующий на ведомую раму относительно базовой рамы. На базовую раму действует равный и противоположный крутящий момент. При выборе этой опции открываются дополнительные параметры. |
Выберите, чтобы активировать примитив сферического соединения относительно каждой стандартной декартовой оси (X, Y, Z) отдельно. Блок открывает соответствующие порты физического сигнала. Используйте эти порты для указания сигналов крутящего момента срабатывания. Сигналы должны быть скалярными значениями.
Выберите для приведения в действие примитива сферического соединения вокруг произвольной оси [X Y Z]. Блок открывает соответствующий физический сигнальный порт. Используйте этот порт для указания сигнала крутящего момента срабатывания. Сигнал должен быть вектором 3-D.
Выберите раму для разрешения сигнала крутящего момента срабатывания в. Оси этой рамы определяют направления компонентов крутящего момента X, Y и Z. Значение по умолчанию: Base.
Выберите переменные движения для считывания в примитиве сферического соединения. Блок добавляет соответствующие порты физического сигнала. Эти порты используются для вывода числовых значений переменных движения.
Блок измеряет каждую переменную движения для ведомого кадра относительно базового кадра. Она разрешает эту переменную в кадре разрешения, выбранном из выпадающего списка Кадр (Frame).
| Переменные движения | Описание |
|---|---|
| Положение | Кватернион, описывающий поворот кадра толкателя относительно базового кадра. Коэффициенты кватерниона представляют собой nzsin («2»)]. Измерения одинаковы во всех кадрах измерений. |
| Скорость (X), Скорость (Y), Скорость (Z) | Компоненты угловой скорости относительно осей X, Y и Z. |
| Скорость | 3-D вектор угловой скорости с компонентами вокруг осей X, Y и Z. |
| Ускорение (X), Ускорение (Y), Ускорение (Z) | Компоненты углового ускорения относительно осей X, Y и Z. |
| Ускорение | 3-D вектор углового ускорения с компонентами вокруг осей X, Y и Z. |
Выберите кадр для разрешения измерения в. Оси этого кадра определяют направления векторных компонентов X, Y и Z. Значение по умолчанию: Base.
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. Общий 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
Примитив сферического соединения имеет следующие приводные отверстия:
t - Вектор крутящего момента срабатывания [tx, ty, tz], действующий на примитив сферического шарнира
tx, ty, tz - X, Y и Z компоненты крутящего момента срабатывания, действующие на примитив сферического соединения
Сферический примитив обеспечивает следующие чувствительные порты:
Q - Ориентация примитива сферического сустава в форме кватерниона
компоненты угловой скорости wx, wy, wz - X, Y и Z примитива сферического соединения
w - Угловая скорость [wx, wy, wz] примитива сферического сустава
bx, by, bz - компоненты углового ускорения X, Y и Z примитива сферического соединения
b - Угловое ускорение [bx, на, bz] примитива сферического соединения
tll - крутящий момент из-за контакта с нижней границей примитива сферического шарнира, задаваемый как величина вектора крутящего момента со знаком;
tul - крутящий момент из-за контакта с верхним пределом примитива сферического шарнира, задаваемый как величина вектора крутящего момента со знаком;
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.
6-DOF Сочленение | Стык втулки | Карданный сустав | Шарнир вращения