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机械系统建模与仿真

主讲何亚银

课程目的
机械系统建模与仿真基础知识
ADAMS软件操作初步
虚拟样机几何建模
约束机构
施加载荷
ADAMS/View建模的相关技术
样机仿真分析及调试
仿真结果后处理
参数化建模与设计
样机的参数化分析
数学模型的定义
数学模型是关于部分现实世界和为一种特殊目的而作的一个抽象的、简化的结构。
具体来说,数学模型就是为了某种目的,用字母、数学及其它数学符号建立起来的等式或不等式以及图表、图象、框图等描述客观事物的特征及其内在联系的数学结构表达式。
数学模型的分类
按照数学模型研究变量的特性可以分为连续模型和离散模型。线性模型和非线性模型。单变量模型和多变量模型。静态模型和动态模型。
系统、模型与仿真
模型:相似模型(缩比或者简化);数学模型
系统建模:理论建模法(机理分析法);实验建模法
理论建模是指对现实世界的一特定对象,分析其内部机理,依据力学、电磁学、热力学和化学等基本理论弄清其因果关系,做出一些重要的简化和假设,运用适当的数学工具得到描述事物特征的数学模型。
特点:推导过程清晰,关系式得到了输入、输出和参数之间的关系;适应于结构和原理较简单的系统或者子系统;对于复杂的系统,由于做了较大简化,则结果往往与实测结果差异较大。
一般来说系统理论建模过程可用如下图所示
实际问题
模型建立
模型假设
模型应用
模型求解
模型分析
模型评价
系统建模
机械平移系统
m
m
fi(t)
K
C
xo(t)
fi(t)
xo(t)
0
0
fm(t)
fK(t)
机械平移系统及其力学模型
fC(t)
静止(平衡)工作点作为
零点,以消除重力的影响
式中,m、C、K通常均为常数,故机械平移系统可以由二阶常系数微分方程描述。
通常,微分方程的系数取决于系统的结构参数,而阶次等于系统中独立储能元件(惯性质量、弹簧)的数量。
机械旋转系统
K
i(t)
o(t)
0
0
TK(t)
TC(t)
C
粘性液体
齿轮
J
J —旋转体转动惯量;K —扭转刚度系数;C —粘性阻尼系数
柔性轴
R-L-C无源电路网络
L
R
C
ui(t)
uo(t)
i(t)
R-L-C无源电路网络