[發明專利]機電聯合仿真方法

有效

• 申請號: 201410084709.4
• 申請日: 2014-03-10
• 公開（公告）號: CN104050312B
• 公開（公告）日: 2018-09-25
• 發明（設計）人: 曾照香;劉哲
• 申請（專利權）人: 淄博職業學院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 青島發思特專利商標代理有限公司 37212
• 代理人: 耿霞

1.一種機電聯合仿真方法，其特征是，在UGNX下設計機電產品的機械部分，在Matlab/Simulink下設計電氣部分，然后兩者進行聯合仿真，分析機電產品的動態特性；

UGNX下的設計步驟是首先設計機械結構，然后進行機械結構運動學仿真，然后進入動力學協同仿真環境，然后設置輸入驅動轉矩的轉動副，然后設置需要輸出的檢測參數，然后設置輸入/輸出的接口，然后求解得到Matlab/Simulink所需要的信息交互mdl文件；Matlab/Simulink下的設計步驟是首先選擇電機類型，然后構建驅動器及控制策略，然后對電機位置、速度進行仿真，然后設置輸出接口，然后添加UGNX下生成的機械結構模塊，然后分析各種參數；

UGNX下的設計具體步驟是UGNX采用8.0版本，

1)啟動UGNX，在“文件→實用工具→用戶默認設置→運動分析→分析→ReccurDyn”中,“控制/動力學→MATLAB可執行文件”，通過瀏覽找到matlab.exe,確定后重新啟動UGNX，使環境變量起作用；

2)在UG的建模環境下建立一圓柱，直徑50mm高度100mm，基點為絕對坐標(0,0,0)，軸向為Z方向，材料默認；通過“分析→測量體”測量圓柱的慣性矩Izc為480.48205267Kg.mm^2；也可手動計算轉動慣量，對于圓柱形轉動慣量，計算公式為其中M為圓柱體質量，可直接在軟件中測量，其值為1.537542569Kg，D為圓柱體直徑50mm，計算可得轉動慣量為0.000480482kg·m²，與測量值一樣；

3)進入Motion模塊，選擇“動力學”分析類型，高級解算方案選擇“協同仿真”；

4)設置連桿，質量屬性選擇“自動”，系統會自動計算連桿的質心及轉動慣量，其中Izz為480.482052673953Kg.mm^2，Izz為繞z軸的轉動慣量，該值與步驟2)測量及計算的Izc值相同；

5)設置運動副J001，選擇旋轉副，連桿為上述連桿，原點為連桿的圓心，也就是(0,0,0)點，矢量方向為Z方向；

6)添加兩個Plant輸入：Pin_fuzai與Pin_T，前者是負載轉矩，后者是電機的輸出轉矩，也就是機械系統的輸入轉矩；

7)添加兩個標量扭矩T_fuzai、T_input，扭矩的幅值采用“f(x)函數”的方法，把Pin_fuzai與Pin_T分別添加到扭矩中，即把Pin_fuzai添加至T_fuzai中，把Pin_T添加至T_input中；然后T_fuzai、T_input分別作用在步驟5)中所定義的旋轉副；在定義函數的時候，從插入中選擇“運動→工廠輸入”，找到所選擇的Plant輸入，單位選擇“sec”與“N-m”；

8)新建傳感器Se001，傳感器的作用是檢測旋轉副J001繞Z方向的加速度；

9)新建Plant輸出Pou_J001_AMAG，通過Pou_J001_AMAG把傳感器Se001所對應的加速度傳遞給Simulink中；

10)新建結算方案，分析類型為“控制/動力學”，時間0.5秒，分析步數為1000，然后求解，協同仿真主機程序為“Simulink”；

11)通過以上步驟，在仿真當前目錄下生成兩個文件：*_Plant.m與*_PlantIO.m；

在Matlab/Simulink中，電機及其控制系統建模步驟如下，Matlab版本為2012A；

12)在Matlab中把工作目錄設置為UGNX仿真文件所在目錄，也就是*_Plant.m與*_PlantIO.m文件所在目錄，運行*_Plant.m文件，得到NXMotion Plant Block；其中Pin_T是Simulink傳遞到UGNX中機械結構的輸入轉矩，Pin_FuZai是負載轉矩，Pou_J001_AMAG是UGNX反饋給Simulink的角加速度；

13)建立電機控制模型，電源采用三相交流電源，頻率50HZ，電機采用Simulink中SimPowerSystems/Machines中的三相異步交流電機；電機參數為：額定功率3*746W、線電壓220V、頻率50HZ、定子電阻0.435Ω、定子電感2*2.0e^-3H、轉子電阻0.816Ω、轉子電感2.0e^-3H、互感69.31e^-3H、轉子轉動慣量0.089Kg.m^2、摩擦系數0、極對數2、初始狀態[1,0 0,0,00,0,0]；

14)輸出電機轉速與電機轉矩，電機輸出的轉速Mecnanical.Rotor Speed(ω/m)，然后轉化為常用的轉/分量綱；輸出轉矩Mechanical.Electromagnetic torque Te(N*m)，電機輸出的轉速和輸出轉矩分別連接示波器；

15)根據動力平衡原理，對于機構輸入軸有為角速度，其中負載轉矩T'預設值為20N.m，轉動慣量直接從UGNX軟件中測量，因為是繞Z軸，所以只需要測量Jz，Jz為繞轉軸z的轉動慣量其值為480.482052673953Kg.mm^2，而Simulink中電機轉子也有轉動慣量，因此電機實際輸入的轉動慣量為兩者之和，所以UGNX中機構的轉動慣量，必須加上電機轉子的轉動慣量，因此自定義Izz為兩者之和，也就是480.482052673953+89000Kg.mm^2；

16)把電機輸出轉矩連接到NXMotion Plant Block中Pin_T輸入，把預設值為20的負載轉矩連接到Pin_fuzai，Pou_J001_AMAG為機械結構角加速度，與轉動慣量求積后與負載轉矩相加，一起作為電機的輸入轉矩，形成閉環；

17)把NXMotion Plant Block中Dynamic Model的NXMotion_step修改為1000，使UG的仿真精度與Simulink相同；

18)設置仿真時間為0.5秒，運行仿真。