機(jī)電一體化產(chǎn)品虛擬樣機(jī)協(xié)同建模與仿真技術(shù)研究.pdf

1、機(jī)械工程與電子計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制的協(xié)同集成，組成了種類多樣的機(jī)電一體化（Mechatronics）產(chǎn)品或系統(tǒng)。這類產(chǎn)品在開發(fā)過(guò)程中常常會(huì)涉及到多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域?qū)＜业膮f(xié)作，虛擬樣機(jī)技術(shù)正是解決多專家協(xié)同設(shè)計(jì)的有效途徑，同時(shí)，基于虛擬樣機(jī)的設(shè)并思路也是解決機(jī)電一體化產(chǎn)品前期概念設(shè)計(jì)需求的有效方法。 本文在分析機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)對(duì)虛擬樣機(jī)技術(shù)需求的基礎(chǔ)上，論述了虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)原理、關(guān)鍵使能技術(shù)，進(jìn)行了機(jī)電產(chǎn)品虛擬樣機(jī)協(xié)同仿真支撐環(huán)境體系結(jié)構(gòu)及

2、其實(shí)施技術(shù)方法的探討，著重研究了廣義執(zhí)行機(jī)構(gòu)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模與仿真的原理及應(yīng)用，機(jī)械控制協(xié)同工作機(jī)制，仿真模型庫(kù)組織結(jié)構(gòu)及構(gòu)建方法，以及機(jī)電一體化產(chǎn)品分布式協(xié)同仿真的基本原理和實(shí)現(xiàn)框架。論文的主要研究成果與特色如下： （1）在分析機(jī)電一體化產(chǎn)品的組成與特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，闡述虛擬樣機(jī)在機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，包括設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)流程、機(jī)電虛擬樣機(jī)的構(gòu)成及特點(diǎn)等；并提出了一種基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)閉環(huán)模型。 （2

3、）在分析機(jī)電一體化產(chǎn)品功能模型基礎(chǔ)上，提出了一種將機(jī)電一體化產(chǎn)品按功能組成劃分為廣義執(zhí)行機(jī)構(gòu)與控制子系統(tǒng)的兩子系統(tǒng)論，這樣劃分突出了機(jī)電一體化產(chǎn)品廣義執(zhí)行機(jī)構(gòu)與控制的協(xié)同、集成特性；并對(duì)產(chǎn)品虛擬開發(fā)的過(guò)程模型進(jìn)行描述，在此基礎(chǔ)上，提出了一種面向機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)需要的虛擬樣機(jī)支撐環(huán)境體系結(jié)構(gòu)。 （3）作為動(dòng)力學(xué)特性建模與仿真分析的基礎(chǔ)，分析了廣義執(zhí)行機(jī)構(gòu)中驅(qū)動(dòng)器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的集成匹配問(wèn)題，并對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了理論研究。

4、借助于通用仿真環(huán)境ADAMS、MATLAB，對(duì)廣義執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)/動(dòng)力學(xué)特性展開試驗(yàn)研究。 （4）分析機(jī)電一體化產(chǎn)品中機(jī)構(gòu)與控制的耦合特性，對(duì)多學(xué)科協(xié)同建模與仿真機(jī)理展開研究；引入面向?qū)ο蟮哪Ｐ头庋b思想，提出一種機(jī)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(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)與控制領(lǐng)域的協(xié)同仿真建模中來(lái)，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)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(xué)科協(xié)同建模與仿真技術(shù)在機(jī)電一體化產(chǎn)品虛擬樣機(jī)開發(fā)中的應(yīng)用問(wèn)題。 （5）為了有效積累與重用仿真資源，運(yùn)用面向?qū)ο蠹夹g(shù)的繼承機(jī)制，建立可重用的仿真模型庫(kù)，將仿真模型庫(kù)中各類模型按層次結(jié)構(gòu)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(duì)象接口來(lái)表達(dá)模型間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的這類接口進(jìn)行分類，給出接口與真實(shí)系統(tǒng)中物理信號(hào)的映射關(guān)系；并探索以MATLAB為主要工具的仿真模型庫(kù)開發(fā)方法。 （6）探