8月份_Simcenter 3D 与 Simulink协同仿真解决仿案-汪永财

上海联宏信息技术有限公司Simcenter 3D 与 Simulink协同仿真解决仿案 作者：汪永财 审校：冒小萍一、 协同仿真介绍传统的机电产品设计中，机械结构设计和控制系统设计是各自独立的，分别采用功能不同的软件进行设计、调试和试验，最后通过物理样机，进行机械结构和控制系统的联合调试，如果发现问题，需要各自分别修改，然后再进行物理样机的制造和调试，这需要较长的开发周期。NX是当今世界最先进的CAD/CAM/CAE三维集成化软件之一，为用户提供了一整套集成的、全面的产品开发解决方案，用于产品设计、分析和制造，广泛应用于航空航天、汽车、通用机械和电子等工业领域。NX、Imagine.Lab 与Simulink是一种可视化仿真工具，它提供了一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境，被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计，是常用的控制系统设计软件之一。 利用NX与LMS和Simulink的协同仿真，可以将机械结构与控制系统设计仿真软件有机结合起来，然后对系统进行协同分析，直到获得满意的设计效果，这大大的提高了设计效率，缩短了开发周期，降低了开发产品的成本，获得了优化的系统整体性能。 下面主要介绍协同仿真的方法，通过该方法，可充分发挥软件各自的特长，为复杂机电产品设计仿真提供一集成化平台。二、 NX与Simulink协同仿真需求 满足设计三维模型直接创建机械系统多体动力学、运动学仿真模型。 满足利用刚柔耦合仿真的方法快速准确分析各零部件在动态运动过程。 同结构有限元与多体动力学软件为基础，建立数字化样机仿真平台功能。 具有实现NX与Simulink的信息传递同步进行要求。 具有协同仿真环境。产品的机械结构设计完成后，进入NX的运动仿真模块，指定动力学分析，高级解算方案选择协同仿真。三、 联宏科技 NX与Simulink协同仿真解决方案联宏科技基于西门子工业软件，针对行业的协同仿真分析有着专业的Simcenter 3D数字化仿真解决方案。可以借助Simcenter 3D Motion工具及LMS MOTION与SIMULINK工具进行进行机械结构与控制系统设计仿真软件有机结合起来，然后对系统进行协同分析。1. NX与Simulink协同仿真流程 在NX中完成机械结构的设计 在NX用户默认设置中指定可执行文件的位置（文件用户默认设置运动分析分析），并设置采样时间为0.001。 设置协同仿真环境。产品的机械结构设计完成后，进入NX的运动仿真模块，指定动力学分析，高级解算方案选择协同仿真。 设置控制/动态解决方案。解算方案类型选择常规驱动，分析类型选择控制/动力学。 根据具体情况创建运动副、连杆、标记点（Marker）、传感器等，传感器必须依靠标记点才能把信息通过工厂输出传递给控制系统。 创建工厂输入。工厂输入是Simulink控制系统输出到NX机械机构信息的容器，Simulink中的控制系统把生成的输出信号保存在工厂输入中，工厂输入可以是力、扭矩等。 通过函数管理器把工厂输入作为运动幅的驱动，也可作为力或扭矩添加到系统中，控制系统是通过包含工厂输入的运动函数来驱动机械结构的。 创建工厂输出。工厂输出是包含机械结构的状态信息的容器，通过函数管理器可以把位移、速度、加速度、传感器、表达式等信息输出到Simulink中的控制系统。并把工厂输出添加到解算方案中，否则无法进行下一步。 求解解算方案。 运行Simulink控制系统仿真。设置仿真时间，运行协同仿真，在此过程中NX与Simulink会发生多次信息交互。 结果可视化输出。在NX中显示模型动画，观察集成系统的行为，在NX中或者Excel中绘制各种信息的分析图表。2. 机器人运动学协同仿真机器人是一种具有3个平动自由度的高速并联机器人，它是由三组完全相同摆动杆机构连接定平台（上正三角形）和动平台（下正三角形）的空间机构，每组摆动杆机构均由驱动杆和从动杆（四个球铰与杆件组成的平行四边形）组成，驱动杆与定平台之间通过转动副连接，从动杆与动平台通过转动副连接。由于结构比较复杂，其位置分析也复杂。在NX中设计完成机械结构，进入NX/Motion环境，动、定平台中心与移动工件中心分别设置三个标记点（Marker），然后设置动平台、工件分别相对于定平台在XYZ三个方向的相对距离传感器，通过工厂输出，把相对距离传输给Simulink中的控制程序。设置驱动电机转角的三个工厂输入，并通函数管理器添加到转动副的驱动中。 四、 运用Simcenter 3D好处和优势通过机械系统的运动仿真，不但可以对整个机械系统进行运动模拟，以验证设计方案是否正确合理，运动和力学性能参数是否满足设计要求，运动机构是否发生干涉等，还可以及时发现设计中可能存在的问题，并通过不断改进和完善，严格保证设计阶段的质量，缩短了机械产品的研制周期，提高了设计成功率，从而不断提高产品在市场中的竞争力。因此，机械运动仿真当前已经成为机械系统运动学和动力学等方面研究的一种重要手段和方法，并在交通、国防、航空航天以及教学等领域都得到了非常广泛的应用。五、 关于联宏科技上海联宏创能信息科技有限公司（以下简称联宏科技）是在西门子工业软件公司支持下成