機電一體化產(chǎn)品虛擬樣機協(xié)同建模與仿真技術研究.pdf

1、機械工程與電子計算機、自動控制的協(xié)同集成，組成了種類多樣的機電一體化（Mechatronics）產(chǎn)品或系統(tǒng)。這類產(chǎn)品在開發(fā)過程中常常會涉及到多個學科領域?qū)＜业膮f(xié)作，虛擬樣機技術正是解決多專家協(xié)同設計的有效途徑，同時，基于虛擬樣機的設并思路也是解決機電一體化產(chǎn)品前期概念設計需求的有效方法。 本文在分析機電一體化產(chǎn)品設計對虛擬樣機技術需求的基礎上，論述了虛擬樣機設計原理、關鍵使能技術，進行了機電產(chǎn)品虛擬樣機協(xié)同仿真支撐環(huán)境體系結構及

2、其實施技術方法的探討，著重研究了廣義執(zhí)行機構子系統(tǒng)動力學建模與仿真的原理及應用，機械控制協(xié)同工作機制，仿真模型庫組織結構及構建方法，以及機電一體化產(chǎn)品分布式協(xié)同仿真的基本原理和實現(xiàn)框架。論文的主要研究成果與特色如下： （1）在分析機電一體化產(chǎn)品的組成與特點的基礎上，闡述虛擬樣機在機電一體化產(chǎn)品設計中的應用，包括設計方法、設計流程、機電虛擬樣機的構成及特點等；并提出了一種基于虛擬樣機技術的機電一體化產(chǎn)品設計閉環(huán)模型。 （2

3、）在分析機電一體化產(chǎn)品功能模型基礎上，提出了一種將機電一體化產(chǎn)品按功能組成劃分為廣義執(zhí)行機構與控制子系統(tǒng)的兩子系統(tǒng)論，這樣劃分突出了機電一體化產(chǎn)品廣義執(zhí)行機構與控制的協(xié)同、集成特性；并對產(chǎn)品虛擬開發(fā)的過程模型進行描述，在此基礎上，提出了一種面向機電一體化產(chǎn)品設計需要的虛擬樣機支撐環(huán)境體系結構。 （3）作為動力學特性建模與仿真分析的基礎，分析了廣義執(zhí)行機構中驅(qū)動器與執(zhí)行機構的集成匹配問題，并對執(zhí)行機構多體系統(tǒng)動力學進行了理論研究。

4、借助于通用仿真環(huán)境ADAMS、MATLAB，對廣義執(zhí)行機構的運動學/動力學特性展開試驗研究。 （4）分析機電一體化產(chǎn)品中機構與控制的耦合特性，對多學科協(xié)同建模與仿真機理展開研究；引入面向?qū)ο蟮哪Ｐ头庋b思想，提出一種機電一體化系統(tǒng)面向功能的層次化方框圖仿真建模方法；作為另一種思路，將基于仿真軟件接口的方法引入到機構動力學與控制領域的協(xié)同仿真建模中來，并通過實驗表明這一方法有效可行。另一方面，為克服基于仿真軟件接口的方法的局限性，探

5、討基于HLA的多學科協(xié)同建模與仿真技術在機電一體化產(chǎn)品虛擬樣機開發(fā)中的應用問題。 （5）為了有效積累與重用仿真資源，運用面向?qū)ο蠹夹g的繼承機制，建立可重用的仿真模型庫，將仿真模型庫中各類模型按層次結構劃分為系統(tǒng)仿真模型、主模型和元模型；另一方面，利用模型對象接口來表達模型間的關聯(lián)關系，對機電一體化系統(tǒng)的這類接口進行分類，給出接口與真實系統(tǒng)中物理信號的映射關系；并探索以MATLAB為主要工具的仿真模型庫開發(fā)方法。 （6）探