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Simscape Multibody -- 使用Transform Sensor 测量运动


源网址:​​https://ww2.mathworks.cn/help/physmod/sm/ug/sense-double-pendulum-motion.html​​

Transform Sensor模块提供了Simscape™Multibody™模型中最广泛的运动感应功能。使用此块,您可以检测模型中任意两个框架之间的运动变量。这些变量可以包括平移和旋转位置,速度和加速度。

在此示例中,您将使用“Transform Sensor”块来感测相对于“World Frame”的下部链接平移位置。你输出的位置坐标直接到模型工作区,然后绘制使用MATLAB这些坐标®命令。通过更改关节状态目标,可以分析准周期和混沌条件下的下连杆运动。

Simscape Multibody -- 使用Transform Sensor 测量运动_simscape multibody

建模方法

在此示例中,您依靠重力使双摆运动。您将双摆从平衡位置释放,然后使重力作用于它们。要在零时间释放,请使用“Revolute Joint”对话框的“ State Targets”部分。您可以指定位置或速度。准备就绪后,您可以模拟模型以分析其运动。

要感测运动,请使用“Transform Sensor”块。首先,将基础和从属框架端口连接到World Frame和下部链接子系统块。通过将端口连接到这些块,您可以感知相对于世界框架的下部链接中的运动。通过选择YZ,您可以分别感知沿Y和Z轴的平移。您可以相对于彼此绘制这些坐标,并分析它们显示的运动。

建立模型

 


  1. 在MATLAB命令提示符下,输入​​smdoc_double_pendulum​​。打开双摆模型。有关如何创建此模型的说明,请参见​​为运动学运动链建模​​。
  2. 将这些块拖动到模型中以感知运动。

Library

Block

Quantity

Simscape > Multibody > Frames and Transforms

​​Transform Sensor​​

1

Simscape > Multibody > Frames and Transforms

​​World Frame​​

1

Simscape > Utilities

​​PS-Simulink Converter​​

2

Simulink > Sinks

​​To Workspace​​

2

  1. 在“Transform Sensor block”对话框中,选择Translation>YandTranslation>Z。该模块提供了两个物理信号输出端口,分别标记为y和z。
  2. Simscape Multibody -- 使用Transform Sensor 测量运动_建模_02

  3. Simscape Multibody -- 使用Transform Sensor 测量运动_matlab_03

  4. 在PS-Simulink转换器块中,指定的单位​​cm​​。
  5. Simscape Multibody -- 使用Transform Sensor 测量运动_matlab命令_04

  6. 在 To Workspace blocks中,输入变量名称​​y_link​​和​​z_link​​。
  7. 如图所示,将块连接到模型。您必须将Transform Sensor模块的基本框架端口连接到World Frame模块。新块用灰色阴影显示。
  8. Simscape Multibody -- 使用Transform Sensor 测量运动_建模_05

引导模型组装

指定每个关节的初始状态。以后,您可以修改此状态以探索不同的运动类型。对于第一次迭代,仅将顶部链接旋转一个小角度。

  1. 在Revolute Joint block 对话框中,选择State Targets > Specify Position Target.
  2. Value设置为​​10 deg​​。
  3. 在 Revolute Joint1 block 对话框中,检查是否清除了State Targets > Specify Position Target。

模拟模型

运行模拟。Mechanics Explorer播放双摆组件的基于物理的动画。

  1. 现在,您可以绘制下部链接的位置坐标。为此,请在MATLAB命令行中输入:
  2. figure; plot(y_link.data, z_link.data, 'color', [60 100 175]/255); xlabel('Y Coordinate (cm)'); ylabel('Z Coordinate (cm)'); grid on; 该图显示了打开的图。该图表明,下部链接路径随每次振荡仅略有变化。此行为是准周期系统的特征。
  3. Simscape Multibody -- 使用Transform Sensor 测量运动_双摆_06

  4. 模拟混沌运动
    通过调整旋转关节状态目标,可以在混沌条件下模拟模型。一种获得混沌运动的方法是将顶部旋转关节旋转一个大角度。为此,在“Revolute Joint”对话框中,将“State Targets>Position>Valueto​​90​​,然后单击“确定”
    使用新的联合状态目标模拟模型。要绘制相对于世界框架的下摆链接的位置坐标,请在MATLAB命令提示符下输入以下代码:
  5. figure; plot(y_link.data, z_link.data, 'color', [60 100 175]/255); xlabel('Y Coordinate (cm)'); ylabel('Z Coordinate (cm)'); grid on;
  6. Simscape Multibody -- 使用Transform Sensor 测量运动_建模_07

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