Planar Joint

Соединение с одним вращением и двумя призматическими примитивами

Библиотека

Суставы

  • Planar Joint block

Описание

Этот блок представляет соединение с одной вращательной и двумя поступательной степенями свободы. Два призматических примитива обеспечивают две поступательные степени свободы. Один вращательный примитив обеспечивает вращательную степень свободы.

Объединенные степени свободы

Блок соединений представляет движение между основой и последующими системами координат как последовательность изменяющихся во времени преобразований. Каждый примитив соединения применяет одно преобразование в этой последовательности. Преобразование перемещает или вращает последующую систему координат относительно базовой системы координат примитива соединения. Для всех, кроме первого примитива соединения, базовая система координат совпадает с последующей системой координат предыдущего примитива соединения в последовательности.

На каждом временном шаге во время симуляции блок соединений применяет последовательность изменяющихся во времени систем координат в этом порядке:

  1. Перевод:

    1. Вдоль оси X базовой системы координат X Prismatic Primitive (Px).

    2. Вдоль оси Y базовой системы координат Y Prismatic Primitive (Py). Эта система координат совпадает с последующей системой координат X Prismatic Primitive (Px).

  2. Вращение:

    • О оси Z базовой системы координат Z Revolute Primitive (Rz). Эта система координат совпадает с последующей системой координат Y Prismatic Primitive (Py).

Рисунок показывает последовательность, в которой преобразования соединений происходят в заданный временной шаг симуляции. Получившаяся система координат каждого преобразования служит базовой системе координат для следующего преобразования.

Последовательность преобразования соединений

Набор необязательных целей состояния направляющей сборки для каждого примитива соединения. Цели включают положение и скорость. Уровень приоритета устанавливает относительную важность целевых состояний. Если две цели несовместимы, уровень приоритета определяет, какая из целей должна быть удовлетворена.

Параметры внутренней механики учитывают накопление и рассеивание энергии при каждом примитиве соединения. Пружины действуют как элементы накопления энергии, сопротивляясь любой попытке сместить примитив соединения с его положения равновесия. Демпферы соединений действуют как элементы рассеивания энергии. Пружины и демпферы строго линейные.

Во всех, кроме свинцового винта и примитивов постоянной скорости, пределы соединений служат для ограничения области значений движения между системами координат. Примитив соединения может иметь нижнюю границу, верхнюю границу, или, в состоянии по умолчанию, ни ту, ни другую. Чтобы применить ограничения, соединение добавляет к каждому пружину-демпфер. Чем жестче пружина, тем жестче упор, или прыгнуть, если возникают колебания. Чем сильнее демпфер, тем глубже вязкие потери, которые постепенно уменьшают контактные колебания или, в перегруженных примитивах, препятствуют их образованию вообще.

Каждый примитив соединения имеет набор необязательных портов приведения в действие и измерения. Порты приведения в действие принимают входы физического сигнала, которые управляют примитивами соединения. Эти входы могут быть силами и крутящими моментами или желаемой траекторией соединения. Чувствительные порты обеспечивают выходы физического сигнала, которые измеряют примитивное движение соединения, а также силы приводов и крутящие моменты. Режимы приведения в действие и типы измерения варьируются с помощью примитива соединения.

Параметры

Призматический примитив: цели состояния

Задайте призматические цели примитивного состояния и их уровни приоритета. Цель состояния является желаемым значением для одного из параметров состояния соединения - положения и скорости. Приоритетным уровнем является относительная важность целевого состояния. Он определяет, как именно должна быть достигнута цель. Используйте инструмент «Отчет модели» в Mechanics Explorer, чтобы проверить состояние сборки для каждого целевого состояния соединения.

Specify Position Target

Выберите эту опцию, чтобы задать требуемое положение примитива соединения в начальный момент времени. Это относительное положение, измеренное вдоль оси примитива соединения, начала последующей системы координат относительно источника базовой системы координат. Заданный целевой объект разрешается в базовой системе координат. Выбор этой опции открывает поля приоритета и значения.

Specify Velocity Target

Выберите эту опцию, чтобы задать необходимую примитивную скорость соединения в начальном моменте времени. Это относительная скорость, измеренная вдоль оси примитива соединения, начала последующей системы координат относительно источника базовой системы координат. Это разрешено в базовую систему координат. Выбор этой опции открывает поля приоритета и значения.

Priority

Выберите целевой приоритет состояния. Это уровень важности, присвоенный целевому объекту состояния. Если все цели состояния не могут быть одновременно удовлетворены, уровень приоритета определяет, какие цели должны удовлетворяться первыми и как тесно их удовлетворять. Эта опция применяется как к целям положения, так и к целям состояния скорости.

Уровень приоритетаОписание
High (desired)Точно удовлетворите целевое состояние
Low (approximate)Удовлетворите целевому элементу состояния приблизительно

Примечание

Во время сборки высокоприоритетные цели ведут себя как точные руководства. Низкоприоритетные цели ведут себя как грубые руководства.

Value

Введите целевое числовое значение состояния. Значение по умолчанию является 0. Выберите или введите физическую единицу измерения. Значение по умолчанию является m для положения и m/s для скорости.

Призматический примитив: внутренняя механика

Задайте призматическую примитивную внутреннюю механику. Внутренние механики включают линейные упругих сил, учет накопления энергии и демпфирующие силы, учитывающие рассеивание энергии. Можно игнорировать внутреннюю механику, сохраняя жесткость пружины и значения коэффициента демпфирования в 0.

Equilibrium Position

Войдите в положение пружинного равновесия. Это расстояние между основой и последующими системами координат, на котором упругая сила равна нулю. Значение по умолчанию 0. Выберите или введите физическую единицу измерения. Значение по умолчанию является m.

Spring Stiffness

Введите линейный коэффициент упругости. Это - сила, необходимая для переноса примитива соединения на модуль расстояние. Значение по умолчанию является 0. Выберите или введите физическую единицу измерения. Значение по умолчанию является N/m.

Damping Coefficient

Введите линейный коэффициент демпфирования. Это - сила, необходимая для поддержания постоянной примитивной скорости соединения между основой и последующими системами координат. Значение по умолчанию является 0. Выберите или введите физическую единицу измерения. Значение по умолчанию является N/(m/s).

Призматический примитив: пределы

Ограничьте область значений движений примитива соединения. Пределы соединений используют пружины-демпферы, чтобы противостоять прохождению мимо границ области значений. Примитив соединения может иметь нижнюю границу, верхнюю границу, или, в состоянии по умолчанию, ни ту, ни другую. Чем жестче пружина, тем жестче упор, или прыгнуть, если возникают колебания. Чем сильнее демпфер, тем больше вязкие потери, которые постепенно уменьшают контактные колебания или, в перегруженных примитивах, препятствуют их образованию вообще.

Specify Lower Limit

Выберите, чтобы добавить нижнюю границу к области значений движения примитива соединения.

Specify Upper Limit

Выберите, чтобы добавить верхнюю границу к области значений движения примитива соединения.

Value

Расположение, мимо которого противостоять совместному путешествию. Местоположение является смещением от основы к последующей, как измерено в базовой системе координат, при котором начинается контакт. Это расстояние вдоль оси в призматических примитивах, угол вокруг оси в вращательных примитивах и угол между двумя осями в сферических примитивах.

Spring Stiffness

Сопротивление контактной пружины перемещению за пределы соединения. Пружина линейная, и ее жесткость постоянна. Чем больше значение, тем сложнее упор. Пропорция сил пружины к демпферу определяет, является ли упор заниженным и подверженным колебаниям при контакте.

Damping Coefficient

Сопротивление контактного демпфера движению за предел соединения. Демпфер линейен, и его коэффициент постоянен. Чем больше значение, тем больше вязкие потери, которые постепенно уменьшают контактные колебания, если таковые возникают. Пропорция сил пружины к демпферу определяет, является ли упор заниженным и подверженным колебаниям при контакте.

Transition Region

Область, над которой можно поднять усилие пружины-демпфера до его полного значения. Область является расстоянием вдоль оси в призматических примитивах, углом вокруг оси в вращательных примитивах и углом между двумя осями в сферических примитивах.

Чем меньше область, тем резче начало контакта и тем меньше временной шаг, требуемый от решателя. В компромиссе между точностью симуляции и скоростью симуляции уменьшение переходной области улучшает точность, расширяя ее, улучшает скорость.

Призматический примитив: приведение в действие

Задайте опции приведения в действие для призматического примитива соединения. Режимы приведения в действие включают Force и Motion. Выбор Provided by Input из выпадающего списка для режима приведения в действие добавляет к блоку соответствующий порт физического сигнала. Используйте этот порт, чтобы задать входной сигнал. Сигналы срабатывания разрешаются в базовой системе координат.

Force

Выберите настройку силы приводов. Настройкой по умолчанию является None.

Сила приводовОписание
NoneНикаких сил приводов.
Provided by InputСила приводов от входа физического сигнала. Сигнал обеспечивает силу, действующую на последующую систему координат относительно базовой системы координат вдоль оси примитива соединения. Равная и противоположная сила действует на базовую систему координат.
Automatically computedСила приводов от автоматического вычисления. Simscape™ Multibody™ вычисляет и применяет силу приводов на основе динамики модели.
Motion

Выберите настройку привода. Настройкой по умолчанию является Automatically Computed.

Установка приводного движенияОписание
Provided by InputПримитивное движение соединения от входа физического сигнала. Сигнал обеспечивает необходимую траекторию последующей системы координат относительно базовой системы координат вдоль оси примитива соединения.
Automatically computedПримитивное движение соединения от автоматического вычисления. Simscape Multibody вычисляет и применяет примитивное движение соединения на основе динамики модели.

Призматический примитив: измерение

Выберите переменные для измерения в призматическом примитиве соединения. Выбор переменной открывает порт физического сигнала, который выводит измеренную величину как функцию времени. Каждая величина измеряется для последующей системы координат относительно базовой системы координат. Это разрешено в базовую систему координат. Можно использовать сигналы измерения для анализа или как вход в системе управления.

Position

Выберите эту опцию, чтобы определить относительное положение начала последующей системы координат относительно источника базовой системы координат вдоль оси примитива соединения.

Velocity

Выберите эту опцию, чтобы определить относительную скорость начала последующей системы координат относительно источника базовой системы координат вдоль оси примитива соединения.

Acceleration

Выберите эту опцию, чтобы определить относительное ускорение начала последующей системы координат относительно источника базовой системы координат вдоль оси примитива соединения.

Actuator Force

Выберите эту опцию, чтобы определить силу приводов, действующую на последующую систему координат, относительна базовая система координат вдоль оси примитива соединения.

Вращательный примитив: целевые значения состояний

Задайте вращательный примитив состояния цели и их уровни приоритета. Цель состояния является желаемым значением для одного из параметров состояния соединения - положения и скорости. Приоритетным уровнем является относительная важность целевого состояния. Он определяет, как именно должна быть достигнута цель. Используйте инструмент «Отчет модели» в Mechanics Explorer, чтобы проверить состояние сборки для каждого целевого состояния соединения.

Specify Position Target

Выберите эту опцию, чтобы задать требуемое положение примитива соединения в начальный момент времени. Это относительный угол поворота, измеренный вокруг оси примитива соединения, последующей системы координат относительно базовой системы координат. Заданный целевой объект разрешается в базовой системе координат. Выбор этой опции открывает поля приоритета и значения.

Specify Velocity Target

Выберите эту опцию, чтобы задать необходимую примитивную скорость соединения в начальном моменте времени. Это относительная скорость вращения, измеренная вокруг оси примитива соединения, последующей системы координат относительно базовой системы координат. Это разрешено в базовую систему координат. Выбор этой опции открывает поля приоритета и значения.

Priority

Выберите целевой приоритет состояния. Это уровень важности, присвоенный целевому объекту состояния. Если все цели состояния не могут быть одновременно удовлетворены, уровень приоритета определяет, какие цели должны удовлетворяться первыми и как тесно их удовлетворять. Эта опция применяется как к целям положения, так и к целям состояния скорости.

Уровень приоритетаОписание
High (desired)Точно удовлетворите целевое состояние
Low (approximate)Удовлетворите целевому элементу состояния приблизительно

Примечание

Во время сборки высокоприоритетные цели ведут себя как точные руководства. Низкоприоритетные цели ведут себя как грубые руководства.

Value

Введите целевое числовое значение состояния. Значение по умолчанию является 0. Выберите или введите физическую единицу измерения. Значение по умолчанию является deg для положения и deg/s для скорости.

Вращательный примитив: Внутренняя Механика

Задайте вращательный примитив внутреннюю механику. Внутренние механики включают линейные пружинные крутящие моменты, учет накопления энергии и линейные демпфирующие крутящие моменты, учитывающие рассеивание энергии. Можно игнорировать внутреннюю механику, сохраняя жесткость пружины и значения коэффициента демпфирования в 0.

Equilibrium Position

Войдите в положение пружинного равновесия. Это угол поворота между основой и последующими системами координат, при котором крутящий момент пружины равен нулю. Значение по умолчанию 0. Выберите или введите физическую единицу измерения. Значение по умолчанию является deg.

Spring Stiffness

Введите линейный коэффициент упругости. Это крутящий момент, требуемый для поворота примитива соединения на модуль угол. Значение по умолчанию является 0. Выберите или введите физическую единицу измерения. Значение по умолчанию является N*m/deg.

Damping Coefficient

Введите линейный коэффициент демпфирования. Это крутящий момент, требуемый для поддержания постоянной примитивной скорости вращения соединения между основой и последующими системами координат. Значение по умолчанию является 0. Выберите или введите физическую единицу измерения. Значение по умолчанию является N*m/(deg/s).

Вращательный примитив: Срабатывание

Задайте опции приведения в действие для примитива шарнира вращения. Режимы приведения в действие включают Torque и Motion. Выбор Provided by Input из выпадающего списка для режима приведения в действие добавляет к блоку соответствующий порт физического сигнала. Используйте этот порт, чтобы задать входной сигнал. Входные сигналы разрешаются в базовую систему координат.

Torque

Выберите крутящий момент приведения в действие. Настройкой по умолчанию является None.

Установка крутящего момента приведения в действиеОписание
NoneНет приводного крутящего момента.
Provided by InputКрутящий момент срабатывания от входа физического сигнала. Сигнал обеспечивает крутящий момент, действующий на последующую систему координат относительно базовой системы координат вокруг оси примитива соединения. На базовая система координат действует равный и противоположный крутящий момент.
Automatically computedКрутящий момент срабатывания от автоматического вычисления. Simscape Multibody вычисляет и применяет крутящий момент приведения в действие на основе динамики модели.
Motion

Выберите настройку привода. Настройкой по умолчанию является Automatically Computed.

Установка приводного движенияОписание
Provided by InputПримитивное движение соединения от входа физического сигнала. Сигнал обеспечивает необходимую траекторию последующей системы координат относительно базовой системы координат вдоль оси примитива соединения.
Automatically computedПримитивное движение соединения от автоматического вычисления. Simscape Multibody вычисляет и применяет примитивное движение соединения на основе динамики модели.

Вращательный примитив: Измерение

Выберите переменные для восприятия в примитиве revolute joint. Выбор переменной открывает порт физического сигнала, который выводит измеренную величину как функцию времени. Каждая величина измеряется для последующей системы координат относительно базовой системы координат. Это разрешено в базовую систему координат. Можно использовать сигналы измерения для анализа или как вход в системе управления.

Position

Выберите эту опцию, чтобы определить относительный угол поворота последующей системы координат относительно базовую систему координат вокруг оси примитива соединения.

Velocity

Выберите эту опцию, чтобы определить относительную скорость вращения последующей системы координат относительна базовая система координат вокруг оси примитива соединения.

Acceleration

Выберите эту опцию, чтобы определить относительное угловое ускорение последующей системы координат относительна базовая система координат вокруг оси примитива соединения.

Actuator Torque

Выберите эту опцию, чтобы измерить крутящий момент приведения в действие, действующий на последующую систему координат, относительна базовая система координат вокруг оси примитива соединения.

Строение режима

Задайте режим соединения. Режим соединения может быть нормальным или отключенным на протяжении всей симуляции, или вы можете предоставить входной сигнал, чтобы изменить режим во время симуляции.

Способ

Выберите одну из следующих опций, чтобы задать режим соединения. Настройкой по умолчанию является Normal.

МетодОписание
NormalСоединение ведет себя нормально на протяжении всей симуляции.
DisengagedСоединение разъединяется в течение всей симуляции.
Provided by InputЭта опция открывает порт mode, который можно подключить к входному сигналу, чтобы изменить режим соединения во время симуляции. Режим соединения нормален, когда входной сигнал 0 и отключается, когда входной сигнал -1. Режим соединения может быть изменен много раз во время симуляции.

Измерение композитной силы/крутящего момента

Выберите составные силы и крутящие моменты. Их измерения охватывают все примитивы соединений и характерны для них. Они бывают двух видов: ограничительные и суммарные.

Ограничительные измерения дают сопротивление движению на заблокированных осях соединения. В призматических соединениях, например, которые запрещают перемещение на плоскости xy, это сопротивление уравновешивает все возмущения в направлениях x и y. Суммарные измерения дают сумму по всем силам и крутящим моментам из-за входов приведения в действие, внутренних пружин и демпферов, пределов положения соединений и кинематических ограничений, ограничивающих степени свободы соединения.

Direction

Вектор, для определения из пары действие-реакция между основой и последующими системами координат. Пара возникает из третьего закона движения Ньютона, который для блока соединений требует, чтобы сила или крутящий момент на последующей системе координат сопровождали равную и противоположную силу или крутящий момент на базовой системе координат. Укажите, следует ли понимать, что это происходит от базовой системы координат на последующей системе координат или от последующей системы координат на базовой системе координат.

Resolution Frame

Система координат, на котором можно разрешить векторные компоненты измерения. Системы координат с различными ориентациями дают различные векторные компоненты для одного и того же измерения. Укажите, нужно ли получать эти компоненты из осей базовой системы координат или из осей последующей системы координат. Выбор имеет значение только в соединениях со степенями свободы вращения.

Constraint Force

Динамическая переменная для измерения. Ограничительные силы противодействуют перемещению на заблокированных осях соединения, позволяя ему на свободных осях его примитивов. Выберите для вывода вектора ограничительной силы через порт fc.

Constraint Torque

Динамическая переменная для измерения. Ограничительные крутящие моменты отражают вращение на заблокированных осях соединения, позволяя ему на свободных осях его примитивов. Выберите для вывода вектора крутящего момента через порт tc.

Total Force

Динамическая переменная для измерения. Общая сила является суммой между всеми примитивами соединений по всем источникам - входы приведения в действие, внутренние пружины и демпферы, пределы положения соединений и кинематические ограничения. Выберите для вывода вектора общей силы через порт ft.

Total Torque

Динамическая переменная для измерения. Полный крутящий момент является суммой между всеми примитивами соединений по всем источникам - входы приведения в действие, внутренние пружины и демпферы, пределы положения соединений и кинематические ограничения. Выберите для вывода вектора общего крутящего момента через порт tt.

Порты

Этот блок имеет два порта системы координат. Он также имеет дополнительные порты физического сигнала для определения входов приведения в действие и измерения динамических переменных, таких как силы, крутящие моменты и движение. Вы открываете дополнительный порт, установив флажок sensing, соответствующий этому порту.

Порты системы координат

  • B - Базовая система координат

  • F - Последующая система координат

Порты приведения в действие

Примитивы призматического соединения обеспечивают следующие порты приведения в действие:

  • fx, fy - Силы приводов, действующие на призматические примитивы X и Y

  • px, py - Желаемые траектории призматических примитивов X и Y

Примитив шарнирного соединения обеспечивает следующие порты приведения в действие:

  • tz - Крутящий момент, действующий на примитив шарнира вращения Z

  • qz - Желаемое вращение примитива шарнирного соединения Z

Измерение портов

Призматические примитивы соединения обеспечивают следующие чувствительные порты:

  • px, py - положения призматических примитивов X и Y

  • vx, vy - скорости призматических примитивов X и Y

  • ax, ay - Ускорения призматических примитивов X и Y

  • fx, fy - Силы привода, действующие на призматические примитивы X и Y

  • fllx, flly - Силы от контакта с нижними пределами призматических примитивов X и Y

  • fulx, fuly - Силы из-за контакта с верхними пределами призматических примитивов X и Y

Примитив шарнира обеспечивает следующие порты измерения:

  • qz - Угловое положение примитива вращения Z

  • wz - Скорость вращения примитива шарнирного соединения Z

  • bz - Угловое ускорение примитива шарнирного соединения Z

  • tz - Крутящий момент, действующий на примитив шарнира вращения Z

  • tllz - Крутящие моменты из-за контакта с нижними пределами примитивов шарнирного соединения Z

  • tulz - Крутящие моменты из-за контакта с верхними пределами примитивов шарнирного соединения Z

Следующие измерительные порты обеспечивают композитные силы и крутящие моменты, действующие на соединение:

  • fc - Ограничительная сила

  • tc - Ограничительный крутящий момент

  • ft - Общая сила

  • tt - Полный крутящий момент

Порт режима

Строение режима обеспечивает следующий порт:

  • mode - Значение режима соединения. Если вход равен 0, соединение ведет себя нормально. Если вход равен -1соединение ведет себя как отключенное.

Расширенные возможности

Генерация кода C/C + +
Сгенерируйте код C и C++ с помощью Coder™ Simulink ®

.
Введенный в R2012a
Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте