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QiShunwang

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Simscape Multibody -- 使用Transform Sensor 测量运动

2021/5/14 21:20:07   来源:

源网址:https://ww2.mathworks.cn/help/physmod/sm/ug/sense-double-pendulum-motion.html

Transform Sensor模块提供了Simscape™Multibody™模型中最广泛的运动感应功能。使用此块,您可以检测模型中任意两个框架之间的运动变量。这些变量可以包括平移和旋转位置,速度和加速度。

在此示例中,您将使用“Transform Sensor”块来感测相对于“World Frame”的下部链接平移位置。你输出的位置坐标直接到模型工作区,然后绘制使用MATLAB这些坐标®命令。通过更改关节状态目标,可以分析准周期和混沌条件下的下连杆运动。

 

 

建模方法

在此示例中,您依靠重力使双摆运动。您将双摆从平衡位置释放,然后使重力作用于它们。要在零时间释放,请使用“Revolute Joint”对话框的“ State Targets”部分。您可以指定位置或速度。准备就绪后,您可以模拟模型以分析其运动。

要感测运动,请使用“Transform Sensor”块。首先,将基础和从属框架端口连接到World Frame和下部链接子系统块。通过将端口连接到这些块,您可以感知相对于世界框架的下部链接中的运动。通过选择Y和Z,您可以分别感知沿Y和Z轴的平移。您可以相对于彼此绘制这些坐标,并分析它们显示的运动。

建立模型

LibraryBlockQuantity
Simscape > Multibody > Frames and TransformsTransform Sensor1
Simscape > Multibody > Frames and TransformsWorld Frame1
Simscape > UtilitiesPS-Simulink Converter2
Simulink > SinksTo Workspace2
  1. 在MATLAB命令提示符下,输入smdoc_double_pendulum。打开双摆模型。有关如何创建此模型的说明,请参见为运动学运动链建模。

  2. 将这些块拖动到模型中以感知运动。

  3. 在“Transform Sensor block”对话框中,选择 Translation > Y and Translation > Z。该模块提供了两个物理信号输出端口,分别标记为y和z。

  4.  

     

  5. 在PS-Simulink转换器块中,指定的单位cm。

  6.  

     

  7. 在 To Workspace blocks中,输入变量名称y_link和z_link。

  8. 如图所示,将块连接到模型。您必须将Transform Sensor模块的基本框架端口连接到World Frame模块。新块用灰色阴影显示。

  9.  

     

  10. 引导模型组装

    指定每个关节的初始状态。以后,您可以修改此状态以探索不同的运动类型。对于第一次迭代,仅将顶部链接旋转一个小角度。

    1. 在Revolute Joint block 对话框中,选择State Targets > Specify Position Target.

    2. 将 Value设置为10 deg。

    3. 在 Revolute Joint1 block 对话框中,检查是否清除了State Targets > Specify Position Target

     

     

     

     

    模拟模型

    运行模拟。Mechanics Explorer播放双摆组件的基于物理的动画。

  11. 现在,您可以绘制下部链接的位置坐标。为此,请在MATLAB命令行中输入:

  12. figure;
    plot(y_link.data, z_link.data, 'color', [60 100 175]/255);
    xlabel('Y Coordinate (cm)');
    ylabel('Z Coordinate (cm)');
    grid on;

    该图显示了打开的图。该图表明,下部链接路径随每次振荡仅略有变化。此行为是准周期系统的特征。

  13. 模拟混沌运动

    通过调整旋转关节状态目标,可以在混沌条件下模拟模型。一种获得混沌运动的方法是将顶部旋转关节旋转一个大角度。为此,在“Revolute Joint”对话框中,将“ State Targets > Position > Value to 90,然后单击“ 确定”。

    使用新的联合状态目标模拟模型。要绘制相对于世界框架的下摆链接的位置坐标,请在MATLAB命令提示符下输入以下代码:

  14. figure;
    
    plot(y_link.data, z_link.data, 'color', [60 100 175]/255);
    
    xlabel('Y Coordinate (cm)');
    
    ylabel('Z Coordinate (cm)');
    
    grid on;