Simscape Multibody -- 多体模型解剖

多体系统的核心是一组通过关节链接并受运动约束（例如齿轮）约束的实体。各种类型的力和扭矩使您能够操纵各种物体，而传感器使您能够感测所产生的运动。在Simscape™Multibody™软件中，您可以使用块直接表示这些组件。

基本模型组件

考虑一下Simscape Multibody四杆功能示例。你可以打开这个模型在MATLAB ®命令输入提示sm_four_bar。该模型由通过关节块互连的实体子系统组成。关节块定义了物体之间的自由度。车身子系统通过基础框图定义了车身的实体属性。

sm_four_bar模型的基本组件

 

车身子系统又包括通过刚性变换块互连的拉伸实体块。所述挤压固体块提供固体的性质，包括几何形状，惯性，颜色和编码模型中的所有位置和方向信息的帧轴三元组。该刚性变换块旋转和平移固体以确保适当的车身装配。

该图显示了二进制链接主体子系统的基础框图。该图包括三个实心 块，分别表示二进制链接的中心和远端部分。两个 刚性变换块将远端实体平移到靠近中心实体末端的适当位置。

车身子系统组件

 

模型中的其他常见块包括：

 

• 世界框架 —将惯性参考框架添加到模型。

• 刚性变换 —相对于彼此旋转和平移实体和其他框架。

• 机构配置 -定义模型中的重力常数。

• 求解器配置 -设置Simscape本地求解器选项，例如类型，公差和时间步长。这是模型中唯一需要的块。

 

模型驱动

您可以通过向身体或关节施加力或扭矩来激活模型。为了表示作用在物体上的力和扭矩，Simscape Multibody提供了“力和扭矩”库。从该库中添加一个块，然后将其连接到您要对其施加力或扭矩的车身框架。

块	功能
外力和扭矩	来自多体模型外部的一般力和/或扭矩
内力	两个任意框架之间的一般力对
弹簧和阻尼力	两个任意框架之间的弹簧阻尼力对
反平方律部队	与两个任意框架之间的平方距离成反比的力对（例如库仑静电力）
引力场	点质在引力上的引力取决于它们与点质本身距离的函数

该图显示了一个四杆模型，带有一个外力和扭矩块，用于曲柄连杆机构处的力和扭矩处方。

为了指定作用在关节上的力或扭矩，Simscape Multibody直接在关节块中提供了一组驱动输入。每个关节基元（关节块的基本组件）都提供了特定于该基元的致动输入的选择。

关节致动输入可以有两种类型：

• 运动—指定给定关节图元的随时间变化的轨迹。

• 力或扭矩-指定在给定的关节基元上作用的时变致动力或扭矩。

 

该图显示了四杆模型，其中有一个作用在旋转接头上的致动扭矩。

动态感应

您可以感知帧对之间的各种动态变量，例如用于分析或控制设计。传感输出可以有两种类型：

• 运动—计算并输出两个Simscape Multibody框架之间的相对位置，速度或加速度。您可以通过使用关节块的感应功能来感应关节框架之间的运动，或者通过使用“变换传感器”块来感应任意帧之间的运动。

• 力或扭矩—计算并输出在两个Simscape Multibody框架之间作用的力和扭矩。您可以感测某些“力”和“扭矩”块的端口框架之间的力和扭矩，例如“平方反比法力”块，或者关节块的端口框架之间的力和扭矩。

关节块使您能够感测它们各自的端口框架之间的不同类型的力和扭矩，包括：

• 作用在给定关节基元上的致动力或扭矩。

• 约束力和扭矩作用于整个关节，以防止垂直于关节自由度的运动。

• 总力和扭矩，包括约束和关节原始驱动贡献，在整个关节范围内起作用。

 

该图显示了带有转换传感器模块的四杆模型，用于在耦合器链接框架和世界框架之间进行轨迹坐标感测。