SimMechanics简介(模块)

1、SimMechanicsSimMechanics 模块组提供了建模的必要模块， 可以直接在 Simulink 中使用。SimMechanics 支持用户自定义的构件模块，可以设定质量和转动惯量。通过节点联接各个构件来表示可能的相对运动， 还可以在适当的地方添加运动约束、 驱动力。运行 matlab，点击进入 simulink 界面，在 simulink 库中点击 simscape 前点加号，在点击 SimMechanics 前的加号，就可以进入 SimMechanics 的模块库了，如图 1 所示。模 块 组 包 含 刚 体 子 模 块 组 （ Bodies ）、 约 束 与 驱 动 模 块组

2、（ Constraints&Drivers ）、力单元模块组（ Force Elements）、接口单元模块组Interface Elements）、 运动铰 模块 组（ Joints）及 传感 器和 激励 器模块 组Sensors&Actuators）和辅助工具模块组（ Utilities ）。图 1刚体子模块（ Bodies）双击此模块，弹出模块组，此模块组包括四个模块： 刚体（Body）、机架（Ground）机械环境（ Machine Enviroment）和共享机械环境（ Shared Enviroment）。如图 2图 2所示。机械环境（ Machine Enviro

3、nment）是为仿真定义环境变量。双击此模块，打开模块参数设计窗口，如图 3 所示，可以设定重力、维数、分析模式、约束求解器、误差、线性化和可视化 等。共享环境联接两个刚体模块使他们享有相同的机械环境。机架只有一个连接端， 另外一个固定。 一个机械系统一般都要设定他的机械环境。图 3刚体（ body）有两个连接端，其中一个为主动端，另一端为从动端。双击此模块，弹出模块参数设计窗口， 如图 4 所示，可以在此窗口中定义质量、 惯性矩、坐标原点、刚体的初始位置和角度等参数。图 4其它两个模块的参数同样可以这样设定。约束与驱动模块组（ Constraints&Drivers）双击此模块，在右

4、边窗口中可以看到此模块组包含有以下模块：Angle Driver ：设定两个刚体坐标间的角度。Distance Driver：设定两个坐标原点的距离。Gear Constraint：齿轮约束。Linear Driver ：确定两个刚体坐标间的向量差。Parallel Constrant：平行约束。Point-Constraint：曲线约束。Velocity Driver ：确定两个刚体坐标间的相对线速度和角速度。利用此模块可以事先设定定机构间约束， 这些约束可以时间无关的限制或与Simulink 信号时间相关的自由度。这里介绍一下齿轮约束；双击，弹出参数设置窗口， 可以在此窗口中设置传感器个数

5、和齿轮的节圆半径。如图 5 所示，传感器个数为 0，主动轮和从动轮节圆半径都为1m。图 5力单元模块组（ Force Elements）此子模块库包含了Body Spring&Damper 和 Joint Spring&Damper 两个模块，可以通过这两个模块创建机构间的力或扭矩。Body Spring&Damper：在两个刚体之间施加线性阻尼振子。Joint Spring&Damper：在两个刚体间的单自由度铰或单自由度转动铰建立一个线性阻尼振荡力或力矩。双击模块，弹出参数设置窗口，可以在窗口中设置弹簧阻尼模块的参数（弹性系数、阻尼系数、弹簧自然长度）和单位

6、。如图6 所示。图 6接口模块组（ Interface Elements）这个子模块库包含了 移动副接口（Prismatic-Translational Interface）和转动副接口（ Revolute-Rotational Interface）两个模块。运动铰子模块（ Joints）运动铰子模块提供了各种运动铰链，利用这些运动铰就可以将刚体构件连接起来，如图 7 所示。图 7它包 含了 两个子模块库 Disassembled Joints 和 Massless Connectors。Disassembled Joints 模块库中的模块是分解后的铰，不同于 Joints 中对应的铰，它们

7、有不同的基准点。 Massless Connectors 中的模块是 Joint 中对应的铰的组合。双击常用模块，弹出参数设置窗口，可以在此窗口中设置传感器的数量及其坐标等参数，如图8 所示。图 8传感器与激励器模块组（Sensors&Actuators）双击模块，弹出图 9 所示模块组。该模块组中的模块用来和普通的 Simulink 模块进行数据交换。Body Actuator：通过广义力或力矩来驱动刚体。Body Sensor：刚体检测模块。Constraint&Driver Sensor：检测一对受约束刚体间的力或力矩。Driver Actuator ：对一对互相约束的刚

8、体施加相对运动。Joint Actuator：在铰链处施加力或力矩。Joint Initial Condition ：在仿真之前给铰施加初始位移和速度。Joint Sensor：铰检测模块。Joint Stiction Actuator：给铰施加初始位移和速度。Variable Mass&Inertia Actuator：在一个坐标系中，刚体的质量随时间变化。图 9在模型中双击 模块，会弹出图设置激励的方式和个参数的单位。9 所示窗口。可以在此窗口中图 9辅助工具子模块库（ Utilities ）此模块库包含以下模块：Connection Port ：子系统物理建模连接端口。Continuous Angle ：将传感器输出的非连续、有界角度转换成无界连续的角输出。Convert from Rotation Matrix to Virtual Reality Toolbox ：将 3*3 的旋转矩阵转换成等价的VRML （虚拟现实语