Matlab—simulink—simscape学习指导
一、引入
本科学机械设计的时候，就发现ppt上有很多运动的机构，一直想知道是怎么做出来的，后来发现solidwork、admas可以制作动画，也用3dmax制作过，但总感觉不太像回事。
这是一个共轴旋翼的运动仿真，也是意外的发现simlink竟然可以做那么多有趣的事。碰巧研究了一下simscape_multibody。
二、功能介绍
Simulink是一个模块图环境，用于多域仿真以及基于模型的设计。 Simulink提供图形编辑器、可自定义的模块库以及求解器，能够进行动态系统建模和仿真。Simulink - Simulation and Model-Based Design - MATLAB & Simulink
Simscape构建物理组件模型基于直接物理连接,集成块图和其他建模范例。如电动马达,桥整流器,液压执行机构,和制冷系统,通过装配基本组件示意图。Simscape - MATLAB & Simulink
Simscape Multibody提供了一个为3d机械系统多体仿真环境,如机器人、车辆悬挂、建筑设备、飞机起落架。您可以使用块模型多体系统代表身体关节,约束、力元素,和传感器。Simscape多体制定和解决整个机械系统的运动方程。可以导入完整的CAD程序集,包括所有的质量、惯量、关节,限制,3d模型。Simscape Multibody - MATLAB & Simulink
三、操作经验
3.1安装Simscape Multibody
1.进入官网 Simscape Multibody - SimMechanics Link - MATLAB & Simulink，可以看到支持多种三维建模软件。
2. 在下方输入邮箱及各种信息便可以跳转网页，选取适合自己matlab版本下载即可(两个文件都需要下载)，一个install_addon.m文件，一个smlink.rxxxx.win64.zip文件。
3.下载好后，打开matlab，在matlab切换至包含这两个文件的文件夹，在命令行中输入install_addon('smlink.rxxxx.win64.zip')即可安装完成。 若要查看此工具的help，在命令行输入doc smlink即可。
4.与三维建模软件建立联系，以常用的SolidWorks为例。在matlab命令行中输入 smlink_linksw，会提示
Registering dll: regsvr32 "F:\Matlab_R2014a\bin\win64\cl_sldwks2sm.dll"。
5.打开SolidWorks，点击工具，选择插件。在此处勾选 SimMechanics Link。完成后就会看到SimMechanics Link添加到新的菜单中（需要在打开装配体*.SLDASM时才能看到）。
6. 将sldasm文件导出为xml格式，选择 SimMechanics Link 插件里面的export，选择第二个版本。关于第一和第二版本，官方文档这样说的：Export in first-generation format generates a Physical Modeling XML file. Export in second-generation format generates a SimMechanics Import XML file. 两种不同的版本，有不同的打开方式，切换到xml文件所在的文件目录，第一种使用 mech_import命令打开，第二版本使用smimport命令打开。语法为 H = smimport('filename').。执行后会出现一个树状机构，上面是每一个部件的名字。点击run可以看到三维模型。
附官网视频：Simscape Multibody - Videos - MATLAB & Simulink
官方documentation： Simscape Multibody Documentation
3.2可能会出现的问题
启动安装位置（“D:\Program Files\MATLAB\R2018b\bin\win64\MATLAB.exe”)下的matlab（如果启动慢，可以先创建快捷方式到桌面，打开快捷方式属性，在目标位置添加 -c +“注册表路径”，便可快速启动）,在命令窗口输入
enableservice('AutomationServer')看其是否为1判断期前是否是服务器版本的matlab
若为0，在命令窗口输入：
enableservice('AutomationServer' ,true)将其转换为服务器版本的matlab
然后再次打开solidwork，尝试运行Simscape Multibody Link——export。
3.3Simscape Multibody的坐标系统
一些例子（Example List- MATLAB & Simulink）
3.4利用刚体变换创建坐标系
3.4.1World Frame
在这个系统中，有世界坐标系，它是一切坐标系的基准，所有的World Frame指代同一个坐标系。
3.4.2Graphic
第二是：
，模块名为：Graphic，表示可以添加到机械模型中的参数化图形元素。
1.shape可以定义形状，包括cube正方体， sphere球形，Frame坐标系三种形式
2.diffuse color：漫射颜色
3.opacity：不透明度
3.4.3Rigid Transform
与B相连的代表基坐标系，与F相连的代表变换后的坐标系。
包括两种变换，旋转和平移变换。为了将两个坐标系区别开来，先介绍一下平移变换：
| cartesian | 笛卡儿坐标系 |  |
| standard Axis | 标准轴坐标系 |  |
| cylindrical | 圆柱坐标系 |  |
前两个平移变换形式比较容易理解，我们尝试一下第三个cylindrical：
因此：Radius代表绕Z轴的半径，Theta代表与坐标系原点连线与基坐标系的夹角，Z offset代表相对于基坐标系的偏移量。
再来看旋转变换，有5中方式：
| Aligned Axes | 轴对齐形式 |  |
| Standard axis | 标准轴形式 |  |
| Arbitrary axis | 任意轴 |  |
| Rotation sequence | 旋转序列 |  |
| Rotation matrix | 旋转矩阵 |  |
第一种： Aligned Axes：轴对齐。顾名思义就是基坐标系和变换坐标系的轴相互对应。如下图，
变换后的坐标系的+X轴与基坐标系的+Y对应，+Y与+Z对应。
具体效果，和预期的一样。
第二种： Standard axis。
第三种： Arbitrary axis。
以xz对角线为轴线，旋转90度：
第四种：Rotation sequence。
以右手定则，先绕基坐标X轴90度，在绕Y轴90度。
第五种：Rotation matrix，高级表达
3.4.4Transform Sensor：用于测坐标系的位置关系
3.4.5Connection Label：用于标记信号，无线连接。
3.4.6 PS-Simulink Converter（Simulink-PS Converter）：用于信号转化。
3.4.7 Scope:示波器
先测试一下：
效果：
位移变化很好理解，但是angle和axis不够直观。官方给出的解释如下图：
Rotational Measurements- MATLAB & Simulink
意思就是Axis是一个F相对于B的向量，angle代表相对于Axis转动多少。我们希望得到的是相对于自身XYZ的转角。具体如何推导，容我后续更新。
3.4.8 Solid（可以用它进行简单的物理模型构建，也可以导入）
下面举一个例子：
我们来新建一个坐标系：
3.5常用工具
在命令行输入
sm_lib
3.6运动副
3.6.1 Revolute
下面用Revolute来演示运动副的使用：
运动效果：
可以看出，在两个坐标系之间添加运动副后，F坐标系相对于B坐标系发生运动。使用Revolute的效果是F坐标系绕B坐标系的Z轴以一定转速转动。也可以给定一个初始角度：
