Шарнирная система моделируется путем соединения тел через соединения и иногда передачи и другие ограничения. Тела вносят свою инерцию в модель, в то время как соединения, передачи и ограничения определяют относительные степени свободы, существующие между телами. Вы соединяете два типа компонентов путем связывания портов системы координат в блоках Joint, Gear и Constraint с портами системы координат в подсистемах тела.
Simscape™ Multibody™ автоматически собирает вашу модель, когда вы обновляете блок. Во время обновления модели Simscape Multibody определяет начальные состояния соединений - их положения и скорости - так, чтобы полученная сборка удовлетворяла всем кинематическим ограничениям в модели. Этот процесс происходит в двух фазах, при этом алгоритм сборки сначала вычисляет положения соединений, а затем скорости соединений. Полный процесс называется сборкой блока.
Соединения соединяются с телами через системы координат. Каждый блок соединений содержит два порта системы координат, основу (B) и последующее устройство (F), идентифицирующие точки соединения в смежных телах и относительные направления, в которых они могут перемещаться. Когда вы соединяете эти порты с системами координат в подсистемах тела, вы определяете, как тела сами соединяются при сборке блока.
Системы координат соединений, идентифицирующие точки соединения и ось вращения воздушного винта
Если соединение не имеет никакого приведения в действие и никаких измерительных выходов, его порты системы координат полностью взаимозаменяемы. В этом случае можно переключать тела, с которыми соединяются порты, не влияя на динамику модели или выходы измерения соединений. Если соединение имеет входные параметры приведения в действие или измерительные выходы, вам, возможно, потребуется обратить сигналы приведения в действие или измерения, чтобы получить то же динамическое поведение и результаты симуляции.
Чтобы изменить точки соединения соединения, необходимо изменить системы координат соединений в смежных подсистемах тела. Вы делаете это, задавая преобразование преобразования с помощью блока Rigid Transform. Можно добавить новые блоки Твердого Преобразования к подсистемам тела или, при необходимости, изменить преобразования преобразования в существующих подсистемах Твердого Преобразования.
Для получения дополнительной информации о том, как программное обеспечение Simscape Multibody интерпретирует порты, узлы и линии системы координат, смотрите Работу с системами координат.
Чтобы получить движение, ожидаемое в модели, необходимо правильно выровнять его различные оси движения соединений. Это означает выравнивание самих соединений, как наблюдалось или ожидалось в реальной системе. Несоответствие осей соединений может привести к неожиданному движению, но часто это приводит к чему-то более серьезному, такой как отказ сборки и моделирования.
Можно задать и изменить выравнивание соединений путем поворота систем координат соединений, локальных к смежным подсистемам тела. Для этой цели вы задаете преобразования поворота с помощью Блоков Твердого Преобразования, либо путем добавления новых блоков к подсистемам тела, либо, при необходимости, путем изменения преобразований поворота в существующих блоках в подсистемах.
Зачем изменять ориентацию соединений через системы координат подсистем тела? Каждый из примитивов в блоке соединений имеет предопределенную ось движения, такую как x или z. Определение оси фиксировано и не может быть изменено. Преобразование систем координат, локальных к смежным подсистемам тела, обеспечивает естественный способ переориентации соединений, избегая при этом путаницы в том, какая ось используется конкретным соединением.
Соединения могут начинать симуляцию из разных состояний. Например, кривошипное соединение кривошипно-шатунного редактирования может начинаться под любым углом от 0 ° до 360 °. В результате во время сборки блока Simscape Multibody должен выбрать из многих одинаково допустимых состояний. Можно управлять состояниями, выбранными путем определения состояний целей в Блоке соединений диалоговых окнах.
Механизм кривошипа-ползунка в полностью расширенных и полностью убранных начальных строениях
Целевые значения состояний не должны быть точными значениями. Если Simscape Multibody не может точно достичь цели состояния, он ищет совместное состояние, ближайшее к цели состояния. Например, если вы задаете положение цели 60 °, но соединение может достигать только углов от 0 ° до 45 °, Simscape Multibody пытается собрать соединение при 45 °.
Насколько близко фактическое совместное состояние к цели состояния, зависит от кинематических ограничений в вашей модели, любых конфликтов с другими целями состояния и уровня целевого приоритета состояния - ранжирования, которое определяет, какие из двух целей состояния будут удовлетворены, если они окажутся взаимно несовместимыми. Можно задать уровень приоритета Low или High.
Simscape Multibody сначала пытается точно удовлетворить всем целям состояний. Если возникает конфликт целевых состояний, Simscape Multibody игнорирует цели низкоприоритетных состояний и пытается удовлетворить только цели высокоприоритетных состояний. Если целевой конфликт все еще существует, Simscape Multibody игнорирует также высокоприоритетные состояния и пытается собрать модель в близком допустимом строении.
Можно задать целевые значения состояния для всех соединений в открытой кинематической цепи. Однако, чтобы избежать ошибок симуляции, каждая замкнутая цепь должна содержать по крайней мере одно соединение без целей состояния.
Модель собирается успешно, только если связи между ее телами совпадают друг с другом. Если при удовлетворении одного кинематического ограничения Simscape Multibody должен нарушить другое кинематическое ограничение, модель является кинематически недопустимой, и сборка прекращает работать. Это происходит, например, когда заземляющая ссылка четырехзвенника превышает совокупную длину остальных трёх ссылок, препятствуя сборке по меньшей мере одного соединения.
Отказ узла соединения в Четырехзвенник с чрезвычайно длинными наземными Ссылками
Чтобы убедиться, что ваша модель собрана правильно, используйте эти утилиты Simscape Multibody и Simscape:
Mechanics Explorer - утилита визуализации Simscape Multibody. Визуально исследуйте модель с разных точек зрения, чтобы убедиться, что ее тела соединяются в ожидаемых местах и с соответствующими ориентациями.
Variable Viewer - утилита создания отчетов о состоянии Simscape. Проверьте состояние сборки отдельных соединений и ограничений и сравните ваши состояния с фактическими состояниями соединений, достигнутыми во время сборки.
Statistics Viewer - утилита отчетов о метриках Simscape. Проверяйте, помимо других метрик, степени свободы, количество соединений и количество ограничений в модели.
