工业数字孪生项目3任务2 执行器的建立与设置

项目3MCD仿真的

自动化控制任务2执行器的建立与设置目录01任务说明02知识准备03任务实施04任务评价与拓展任务说明1任务说明

本任务以DLDS-532实训平台中的自动供料单元（一站）料盒供料模块推料气缸运动、转盘模块转盘与一站传输带运动为例，介绍位置控制、速度控制、传输面等执行器的建立与设置，从而为后续料盒在离开料仓、接受料芯供料、接受深度检测等流程中部分关键步骤的运动仿真打下基础。本任务所涉及的各单元与模块布局如图3-6所示。通过完成本任务，学生将掌握NXMCD仿真环境中创建执行器的步骤和方法，从而为后续开展相应的仿真任务做好准备。图3-6知识准备2知识准备

1.执行器的用途与分类

在NXMCD中，执行器是一类用于驱动和控制模型部件运动的虚拟组件的统称。执行器的类型包括位置控制、速度控制、力/扭矩控制、液压缸、液压阀、气缸、气动阀、反算机构驱动、姿态定义、传输面等。其中，最为常见的、在DLDS-532实训平台的数字李生实战操作中也最为关键的执行器类型是位置控制、速度控制和传输面。

位置控制常用于控制运动副或传输面，并驱动所控制的对象（或其所约束的刚体）以给定的参数运动到指定位置。其中，可供位置控制设定的参数包括速度、加速度、加加速度、力矩和扭矩等

速度控制常用于控制运动副或传输面，并驱动所控制的对象（或其所约束的刚体）以给定的参数运动。其中，可供速度控制设定的参数包括速度、加速度、加加速度、力矩和扭矩等。

传输面依托指定的表面存在，可使其所依托表面模拟具有直线形或圆形轨迹的传送带，用于实现输送物料等功能。知识准备

2.位置控制与速度控制的参数选项

如图3-7、图3-8所示，在创建位置控制与速度控制的过程中，一般有以下常用选项。（1）机电对象

通过单击此部分的“选择对象”，可选择当前执行器所控制的对象。如果控制对象为柱面副，则会出现“轴类型”下拉列表框，提供“线性"或“角度”选项以决定对应的轴类型。如果控制对象为传输面，则还会出现“方向”下拉列表框，提供“平行”或“垂直”选项以决定对应传输面的方向。图3-7图3-8知识准备

（2）约束

此部分可用于设置执行器控制对象的“角路径选项”“目标（位置）“速度”“限制加速度”“限制力”“限制扭矩”等参数。也可以通过勾选“源自外部的数据”选项停用此部分中的大部分参数选项，并使用外部数据源对当前执行器进行控制。一般而言也可以使用信号、运行时表达式、仿真序列等方式在仿真过程中对上述参数选项进行实时控制。其中，“角路径选项”提供如下选项：1）沿最短路径：控制目标劣角旋转，且运动范围小于360°。2）顺时针旋转和逆时针旋转：分别控制目标按顺时针或逆时针方向旋转。3）跟踪多圈：控制目标按设置的位置旋转，且运动范围可大于360°。（3）图形视图

此部分中的视图会显示根据输入的速度、加速度和加加速度计算出的速度曲线。（4）名称

可自行设置执行器的名称，以便后续辨认管理。该选项为可选项，如果不进行设置，软件会自动为执行器分配名称。知识准备

3.传输面的参数选项

如图3-9所示，在创建传输面的过程中，一般有以下常用选项。（1）传送带面

通过单击此部分的“选择面”，可选择当前传输面所依托的表面。（2）速度和位置

此部分可用于设置传输面的“运动类型”（包括“平直”“圆”“螺旋”以及“组合直线和圆”）。以最为常见的“平直”类型传输面为例，还可以在此设置其指定矢量、（平行/垂直）速度、（平行/垂直）起始位置。（3）碰撞体

可在此通过勾选“创建碰撞体”选项，在创建传输面的同时自动创建对应其表面的碰撞体。（4）名称

可自行设置传输面的名称，以便后续辨认管理。该选项为可选项，如果不进行设置，软件会自动为传输面分配名称。图3-9任务实施3任务实施一、料盒供料模块推料气缸运动

（1）准备工作

为使料盒供料模块正确工作，首先需要进行如下的准备工作：1）为料盒供料模块中的料盒推料气缸与位于井式料仓上方的料盒瓶体创建刚体，并为料盒刚体创建默认处于取消勾选状态的对象源。2）为料盒供料模块中的料盒瓶体、井式料仓内表面、推料气缸，以及自动供料单元（一站）中的传输带上表面创建碰撞体。3）根据实际需要，在机电对象（如推料气缸与料仓内表面）之间进行防止碰撞设置。4）为料盒推料气缸创建滑动副。在此，需要将滑动副的“运动类型”选项设置为“动力学”。在这一子任务中，目标是建立可控制DLDS-532实训平台中的自动供料单元（一站）料盒供料模块推料气缸运动的执行器，并验证在该执行器控制下推料气缸的运动效果，及其是否可与模型中其他元素正确互动。

任务实施1）单击“主页”选项卡下“电气”组中的左起第二个按钮（默认显示为“位置控制”）或其下三角按钮，选择“位置控制”，开始建立目标执行器。2）在单击“选择对象”后，再单击软件主界面或机电导航器中的推料气缸滑动副，将其选为位置控制的对象。3）通过对实训平台实际硬件的观察，为位置控制设置合理的默认速度。如果条件不允许，也可以先输入一个较高的预设值，如150mm/s。4）确保“约束”部分的“源自外部的数据”“限制加速度”和“限制力”选项均未勾选。5）根据实际需要，为位置控制设置名称。至此，对该执行器的设置如图3-10所示。6）单击“确定”按钮，完成位置控制的建立与设置。后续若有需要，可在机电导航器中双击该位置控制以对其进行修改。

（2）推料气缸滑动副位置控制的建立与设置图3-10任务实施

单击“主页”选项卡下“仿真”组中的“播放”按钮开始仿真，并在仿真开始后，在机电导航器中单击对应的位置控制将其加入运行时察看器。在运行时察看器中，双击位置控制“位置”参数的“值”，将其修改为80mm。完成输入后，验证推料气缸的运动效果。

（3）推料气缸滑动副位置控制的效果验证任务实施二、转盘模块转盘机构运动

（1）准备工作

为使转盘机构正确工作，首先需要进行如下的准备工作：1）为转盘机构创建刚体。2）为转盘机构传输带两侧挡板内表面、传输带上表面创建碰撞体。3）为转盘机构建立铰链副。注意使铰链副的转动参考正方向与实际设备保持一致，即以俯视下顺时针方向为正方向，并注意将其“运动类型”设置为“运动学”。在这一子任务中，目标是建立可控制DLDS-532实训平台中的自动供料单元（一站）转盘模块转盘机构运动的执行器，并验证在该执行器控制下转盘机构的运动效果，及其是否可与模型中其他元素正确互动。任务实施1）单击“主页”选项卡下“电气”组中的左起第二个按钮（默认显示为“位置控制”）或其下三角按钮，选择“速度控制”，开始建立目标执行器。2）在单击“选择对象”后，再单击软件主界面或机电导航器中的转盘机构铰链副，将其选为速度控制的对象。3）将速度控制的默认速度设置为0%/s。4）确保“约束”部分的“限制加速度”和“限制扭矩”选项均未勾选。5）根据实际需要，为速度控制设置名称。至此，对该执行器的设置如图3-11所示。6）单击“确定”按钮，完成速度控制的建立与设置。后续若有需要，可在机电导航器中双击该速度控制以对其进行修改。（2）转盘机构铰链副位置速度控制的建立与设置图3-11任务实施

完成前一个子任务后，确认料盒已被推料气缸推出并位于一站传输带的起始位置。单击“主页”选项卡下“仿真”组中的“播放”按钮开始仿真，并在仿真开始后，在机电导航器中单击对应的速度控制将其加入运行时察看器。在运行时察看器中，双击速度控制“速度”的“值”，多次将其修改为或正或负的非零值。每次完成输入后，验证转盘机构的运动效果，并验证传输带（含两侧挡板）与其所承载料盒的运动交互效果。

（3）转盘机构铰链副速度控制的效果验证任务实施三、转盘模块传输带运动

（1）准备工作

为方便验证转盘模块中的传输带是否能正确工作，首先需要进行如下的准备工作：1）确认已为转盘模块中的转盘机构创建刚体。2）确认已为转盘机构传输带两侧挡板内表面创建碰撞体。传输带上表面碰撞体可在创建传输面时一并创建。在这一子任务中，目标是建立可控制DLDS-532实训平台中的自动供料单元（一站）转盘模块中传输带的执行器，并验证在该执行器控制下传输带的运动效果。

任务实施1）单击“主页”选项卡下“电气”组中的左起第二个按钮（默认显示为“位置控制”）或其下三角按钮，选择“传输面”，开始建立目标执行器。2）在单击“选择面”后，再单击软件主界面中的一站传输带上表面，将其选为传输面的依托面。3）在“运动类型”下拉列表框中，选择“平直”。4）单击“指定矢量”，按照设备实际布局与正常工序，选择“-YC”轴。5）孤认（平行/垂直）速度、（平行/垂直）起婚位置均为（0mm/s）6）勾选“创建碰撞体”选项，在创建传输面的同时为其依托面创建碰撞体（默认为“方块”）。如果已在前一个子任务中为其创建碰撞体，则会默认勾选该选项，不影响本子任务的完成。

（2）转盘模块传输带传输面的建立与设置任务实施7）根据实际需要，为传输面设置名称。至此，对该执行器的设置如图3-12所示。8）单击“确定”按钮，完成传输面的建立与设置。后续若有需要，可在机电导航器中双击该传输面以对其进行修改。图3-12任务实施

完成前两个子任务后，确认料盒已被推料气缸推出并位于一站传输带的起始位置。单击“主页”选项卡下“仿真”组中的“播放”按钮开始仿真，并在仿真开始后，在机电导航器中单击对应的传输面将其加入运行时察看器。在运行时察看器中，双击传输面“平行速度”的“值”，多次将其修改为或正或负的非零值。每次完成输入后，验证传输面与其上所承载料盒的运动交互效果。

（3）转盘模块传输面的控制效果验证任务评价与拓展4任务评价与拓展序号评价内容评价标准配分得分1料盒供料模块推料气缸运动控制效果无法在仿真运行中通过鼠标拖动使推料气缸推出/缩回25可在仿真运行中通过位置控制使推料气缸推出/缩回2料盒供料模块推料气缸交互效果推料气缸能顺利将料仓中的料盒推出103转盘模块转盘机构运动控制效果无法在仿真运行中通过鼠标拖动使转盘机构正转/反转25可在仿真运行中通过速度控制使转盘机构以不同速度正转/反转任务评价与拓展序号评价内容评价标准配分得分4转盘模块转盘机构交互效果转盘机构能在转动过程中正确承载前一子任务中被推出的料盒105转盘模块传输带运动控制效果无法在仿真运行中通过鼠标拖动使传输带正转/反转20可在仿真运行中通过传输面使传输带以不同速度正转/反转6转盘模块传输带交互效果传输带能在转动过程中正确承载并输送其上的料盒10任务评价与拓展

1、料芯双供料模块运动副的运动控制

为DLDS-532实训平台仿真模型中的自动供料单元（一站）料芯双供料模块左右推料气缸、取料升降气缸与取料伸缩气建立与设置运动副，并使用执行器验证其运动控制效果，及其运动过程中与模型中其他元素的交互是否正确、合理。课后练习任务评价与拓展

2.不同类型执行器的比较与分析

通过自主规划与分析，改变所使用的执行器类型，完