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機電一體化虛擬仿真實(shí)驗研究論文
摘要：機電一體化產(chǎn)品機械結構復雜，電氣控制方式多變，導致目前所用實(shí)驗設備種類(lèi)難以含蓋整機電課程知識點(diǎn)，無(wú)法滿(mǎn)足培養學(xué)生動(dòng)手能力的訓練與創(chuàng )新能力的培養，針對這種現象，淄博職業(yè)學(xué)院開(kāi)發(fā)了基于UG與Matlab/Simulink軟件的機電一體化虛擬仿真實(shí)驗，經(jīng)過(guò)兩學(xué)年的測試與改進(jìn)，效果良好。
關(guān)鍵詞：機電一體化；虛擬仿真；探討
1電機電器仿真模型
Matlab/Simulink軟件是一款集科學(xué)計算、模塊化建模和可視化仿真于一體的多功能建模仿真軟件，具有操作簡(jiǎn)單、功能完備、兼容性強等特點(diǎn)。該軟件集成了多種專(zhuān)業(yè)建模工具箱，可實(shí)現對單一領(lǐng)域系統的建模仿真，也可以實(shí)現多領(lǐng)域耦合系統的聯(lián)合仿真[3]。軟件中提供了許多模塊，提供了電力系統模塊庫，可方便的進(jìn)行RLC電路、電力電子電路、電機控制系統和電力系統的仿真[4]。其中三相異步交流電機控制比較簡(jiǎn)單，直接利用Simulink中提供的電機本體[5]。在伺服系統中，應用較多的電機主要是無(wú)刷直流電機、感應電動(dòng)機和三相永磁同步電動(dòng)機。無(wú)刷直流電機控制電路簡(jiǎn)單、易實(shí)現，但電刷存在易磨損、易打火等問(wèn)題。感應電動(dòng)機結構復雜，矢量控制算法繁雜，不利于高精度控制場(chǎng)合。永磁同步電機PMSM，具有結構簡(jiǎn)單、體積小、轉矩電流比高、效率高、功率因數高、轉動(dòng)慣量低、易于散熱及維護保養等優(yōu)點(diǎn)。
2機械結構運動(dòng)仿真
在UG軟件中，繪制好零件的三維模型，根據實(shí)際情況裝配好產(chǎn)品后，進(jìn)入運動(dòng)仿真模塊，選擇動(dòng)力學(xué)分析環(huán)境，高級結算方案選擇協(xié)同仿真。對組成產(chǎn)品的每一個(gè)構件定義連桿屬性，系統會(huì )自動(dòng)計算質(zhì)心慣性矩等。對構件與構件連接處的運動(dòng)副定義運動(dòng)副屬性，并創(chuàng )建標記點(diǎn)、傳感器等相關(guān)選項�？啥x多種驅動(dòng)方式（力、扭矩、速度、加速度、鉸鏈驅動(dòng)、函數驅動(dòng)等），設置好仿真時(shí)間和運動(dòng)步數后，求解，最終實(shí)現機構的運動(dòng)。但這種驅動(dòng)的輸入沒(méi)有通過(guò)電機控制，所以無(wú)法真正的模擬機電一體化系統的運動(dòng)特性，需要進(jìn)行機電一體仿真。
3機電一體化仿真
在UG協(xié)同仿真環(huán)境中，創(chuàng )建工廠(chǎng)輸入、工廠(chǎng)輸出。工廠(chǎng)輸入是把Matlab/Simulink中的動(dòng)力輸出等控制信息（力、扭矩）傳輸到UG軟件中機械結構的動(dòng)力輸入端，從而實(shí)現電氣系統驅動(dòng)機械結構。工廠(chǎng)輸出是把UG中機械結構的運動(dòng)信息（位移、速度、加速度）、傳感器信息、表達式信息等輸出到Simulink中，從而實(shí)現機械結構的傳感器信息傳遞給電氣控制系統。通過(guò)工廠(chǎng)輸入、工廠(chǎng)輸出，實(shí)現了Simulink中的電氣控制系統與UG中的機械結構之間的信息交互。需要注意的是：Simlink中控制系統的仿真采樣頻率需要與UG中的機構運動(dòng)仿真模型采樣頻率相同[6]。
4總結
經(jīng)過(guò)機電一體化虛擬仿真平臺，Matlab/Simulink中控制系統可以控制UG中的機械結構，機械結構運動(dòng)是三維模型，非常直觀(guān)，方便多角度觀(guān)察。還可把各種數據信息輸出到Excel表格中，繪制各種圖標，研究機電一體化系統運行特性。同學(xué)們只要掌握了這種實(shí)驗方式，可非常容易的擴展電氣控制系統或者機械結構，極大的促進(jìn)了學(xué)生創(chuàng )新意識，提高了同學(xué)們學(xué)習軟件工具及相關(guān)理論知識的積極性。
參考文獻：
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