平面四桿機構(gòu)Matlab仿真及優(yōu)化設(shè)計帶開題報告.zip
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一、選題依據(jù)
1．論文（設(shè)計）題目
平面四桿機構(gòu) Matlab 仿真及優(yōu)化設(shè)計
2．研究領(lǐng)域
Matlab 仿真
3．論文（設(shè)計）工作的理論意義和應(yīng)用價值
計算機仿真是在研究系統(tǒng)過程中根據(jù)相似原理，利用計算機來逼真模擬研究對象。運動學(xué)仿真是指利用計算機仿真軟件包求解機構(gòu)在所記時間域內(nèi)的運動學(xué)方程， 以此確定機構(gòu)在連續(xù)運動過程中各個構(gòu)件的速度和加速度。而 Matlab 軟件具有系統(tǒng)建模方便直觀、仿真功能強大等特點，能為機械系統(tǒng)的建模仿真提供一個強大而方便的工具。使用 Matlab 軟件的 Simulink 仿真工具用于機械工程中機構(gòu)的運動學(xué)仿真， 簡單，直觀，只需通過 M 文件編寫運動學(xué)方程，設(shè)定特殊時刻為初始值就可以得到任意時刻的位置、速度、加速度的值，并可以觀察它們在運動周期內(nèi)的變化。通過基于 Matlab 的強大的矩陣運算能力，還可以方便得到三者之間的關(guān)系，這是一般解析方法所不及的。
本設(shè)計以 Matlab 軟件的 Simulink 軟件包為研究平臺，以連桿機構(gòu)為研究對象， 通過建立閉環(huán)矢量方程，以牛頓力學(xué)為基礎(chǔ)列出動力學(xué)方程，通過已知的幾何特性， 利用 Matlab 軟件數(shù)值計算能力和 Simulink 仿真模塊來實現(xiàn)系統(tǒng)的建模仿真。通過對機構(gòu)中各構(gòu)件進(jìn)行受力分析，得到動力學(xué)的數(shù)學(xué)模型，再加上機構(gòu)運動的運動參數(shù)， 建立動力學(xué)仿真模型，得到機構(gòu)運動的反力和力矩，避免了復(fù)雜的數(shù)學(xué)解析運算，并保證了計算精度。通過已知的幾何特性，利用 Matlab 軟件數(shù)值計算能力和 Simulink 仿真模塊來實現(xiàn)系統(tǒng)的建模仿真。
4．目前研究的概況和發(fā)展趨勢
連桿機構(gòu)是一種常用的傳動機構(gòu)，是機械傳動中必不可少的部件，廣泛應(yīng)用于懸掛系統(tǒng)、工程機械工作裝置等各種機械裝置中。但是，在連桿機構(gòu)的設(shè)計過程中需要大量的數(shù)據(jù)計算，僅靠人工計算非常繁瑣而且容易出錯，并且難以達(dá)到所要求的設(shè)計精度，同時在設(shè)計過程中無法完成讀設(shè)計機構(gòu)的性能分析和動態(tài)模擬仿真。就目前情況而言，Matlab 已經(jīng)不再是“矩陣實驗室”，而成為國際上最流行的科學(xué)與工程計算的軟件工具，以及一種具有廣泛應(yīng)用前景的全新的計算機高級編程語言，它在國內(nèi)外高校和科研部門正扮演著越來越重要的角色，功能也越來越強大，不斷適應(yīng)新的要求提出新的解決辦法?？梢灶A(yù)見，在科學(xué)運算和科學(xué)繪圖領(lǐng)域，Matlab 語言將長期保持其獨一無二的地位，使用 Matlab 可以很好地對機械系統(tǒng)進(jìn)行分析，為連桿機構(gòu)的建模仿真提供一個強大而方便的工具。
二、論文（設(shè)計）研究的內(nèi)容
1.重點解決的問題
以 Matlab 軟件的 Simulink 軟件包為研究平臺，以連桿機構(gòu)為研究對象，通過建立閉環(huán)矢量方程，以牛頓力學(xué)為基礎(chǔ)列出動力學(xué)方程，通過已知的幾何特性，利用
Matlab 軟件數(shù)值計算能力和 Simulink 仿真模塊來實現(xiàn)系統(tǒng)的建模仿真。通過對機構(gòu)中各構(gòu)件進(jìn)行受力分析，得到動力學(xué)的數(shù)學(xué)模型，再加上機構(gòu)運動的運動參數(shù)，建立動力學(xué)仿真模型，得到機構(gòu)運動的反力和力矩。通過已知的幾何特性，利用 Matlab 軟件數(shù)值計算能力和 Simulink 仿真模塊來實現(xiàn)系統(tǒng)的建模仿真。
2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計思路）
（1）連桿機構(gòu)的運動學(xué)分析：建立機構(gòu)的閉環(huán)矢量方程；
（2）改寫為矩陣形式：通過推導(dǎo)，將各矢量方程聯(lián)立，在坐標(biāo)系中建立相應(yīng)的矩陣數(shù)學(xué)模型；
（3）編寫M函數(shù)文件求解方程：將編寫的M函數(shù)文件嵌入到Simulink模型中，得到仿真模型；
（4）連桿機構(gòu)的Matlab仿真運算：將參數(shù)代入程序后，計算得到機構(gòu)運動參數(shù)， 得出仿真結(jié)果。
3.本論文（設(shè)計）預(yù)期取得的成果
課題基于 Matlab 為研究平臺，以連桿機構(gòu)為研究對象，進(jìn)行機械傳動機構(gòu)的運動學(xué)性能分析，建立運動學(xué)數(shù)學(xué)模型，選擇適當(dāng)?shù)挠嬎惴椒?，編制相?yīng)的程序，求解運動學(xué)方程，以圖形的形式顯示出該機構(gòu)在真實系統(tǒng)條件下的運動學(xué)特性，具體體現(xiàn)在以下幾點：
（1）連桿機構(gòu)的閉環(huán)矢量方程；
（2）M 文件；
（3）Simulink 仿真模型；
（4）連桿機構(gòu)運動學(xué) Matlab 仿真曲線圖；
（5）設(shè)計說明書。
三、論文（設(shè)計）工作安排
1.擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù)）；
以四桿機構(gòu)綜合分析理論為核心，利用 MATLAB 軟件開發(fā)了平面四桿機構(gòu)綜合與分析系統(tǒng)。充分利用 MATLAB 強大的計算功能和出色的數(shù)據(jù)可視化功能，完成了四桿剛體導(dǎo)引、軌跡發(fā)生及函數(shù)發(fā)生機構(gòu)綜合與分析軟件的設(shè)計。
2.論文（設(shè)計）進(jìn)度計劃
第 1 周：收集研究方向相關(guān)資料、研究資料；
第 2 周：閱讀參考文獻(xiàn)，確定研究內(nèi)容；
第 3 周：撰寫開題報告，擬訂總體設(shè)計方案；
第 4 周：完善、修改開題報告，完成外文翻譯；
第 5 周：進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計總體規(guī)劃，設(shè)計總體實施方案；
第 6 周：根據(jù)機構(gòu)分類，建立閉環(huán)矢量方程；
第 7 周：對閉環(huán)矢量方程進(jìn)行求導(dǎo)和求解；
第 8 周：連桿軌跡、速度、加速度求解；
第 9 周：連桿軌跡、速度、加速度分析；
第 10 周：對機構(gòu)數(shù)據(jù)變曲點、曲率極大極小點進(jìn)行分析； 第 11 周：建立機構(gòu)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫，編寫 M 文件；
第 12 周：對程序進(jìn)行調(diào)試，撰寫設(shè)計說明書；
第 13 周：完善設(shè)計內(nèi)容及設(shè)計說明書，準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計答辯；
第 14 周：按指導(dǎo)教師及評閱教師的意見修改設(shè)計說明書，進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計答辯。
四、需要閱讀的參考文獻(xiàn)
[1] 范恒彥,陳長秀. 一種支撐用鉸鏈四桿機構(gòu)的設(shè)計[J]. 陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報. 2015(04)
[2] 王琦,何仁. 采用改進(jìn)差分進(jìn)化算法的四桿機構(gòu)軌跡優(yōu)化[J]. 機械設(shè)計與制造. 2017(09)
[3] 徐春濤,廉哲滿. 基于矯正解的經(jīng)過預(yù)定三位置的四桿機構(gòu)設(shè)計[J]. 延邊大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2012(01)
[4] 桑中和. 四桿機構(gòu)設(shè)計的一種解析法(二)[J]. 阜新礦業(yè)學(xué)院學(xué)報. 1986(02)
[5] L.O. 巴克頓, 羅良玲. 四桿機構(gòu)的簡易分析法[J]. 南昌大學(xué)學(xué)報( 工科版). 1980(03)
[6] 覃金昌,林遠(yuǎn)艷,張寶磊. 工程四桿機構(gòu)焊接桿上 F 點的 Simulink/SimMechanics
軌跡仿真分析[J]. 科技信息. 2013(15)
[7] 張建,谷裕. 談四桿機構(gòu)教學(xué)中學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[J]. 職業(yè)教育研究. 2010(11)
[8] 陳曉軍,朱云開. 基于遺傳模擬退火算法的四桿機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計[J]. 機械工程與自動化. 2009(03)
[9] 張威, 王輝. 微分進(jìn)化應(yīng)用于四桿機構(gòu)綜合時的人工干預(yù)[J]. 機床與液壓. 2009(07)
[10] 趙云龍,劉俊標(biāo),韓立. 雙復(fù)合平行四桿機構(gòu)的研究[J]. 航空精密制造技術(shù). 2007(04)
[11] 劉龍,黎炯宏. 基于 MATLAB 的平面四連桿機構(gòu)運動仿真[J]. 機電工程技術(shù). 2011(04)
[12] 任澤凱. 基于 MATLAB 和 ADAMS 的四連桿機構(gòu)運動仿真[J]. 裝備機械. 2016(03)
[13] 徐梓斌, 閔劍青. MATLAB 的四桿機構(gòu)運動學(xué)仿真方法[J]. 林業(yè)機械與木工設(shè)備. 2007(05)
[14] 周凌. 基于 Matlab 的四桿機構(gòu)的運動學(xué)動力學(xué)仿真[J]. 高職教育. 2011(11)
[15] 王筱華. 四桿機構(gòu)位移分析及連桿曲線繪制[N]. 大連輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報. 1999(04)
[16] 褚金奎,王立鼎,吳琛. 四桿機構(gòu)軌跡特性與機構(gòu)尺寸型關(guān)系研究[J]. 中國科 E
輯 工程科學(xué) 材料科學(xué). 2004(07)
[17] 鄭立斌, 陳全園, 胡志平. 四連桿機構(gòu)運動仿真設(shè)計[N]. 景德鎮(zhèn)高專學(xué)報. 2007(04)
[18] Kailash Chaudhary,Himanshu Chaudhary. Shape optimization of dynamically balanced planar four-bar mechanism[R]. 3rd International Conference on Recent Trends in Computing 2015. 2015(05)
[19] Ahmet Yildiz,Osman Kopmaz,Sevda Telli Cetin. Dynamic modeling and analysis of a four-bar mechanism coupled with a CVT for obtaining variable input speeds?[J]. Journal of Mechanical Science and Technology. 2015(03)
[20] Van De Sande,Werner W.P.J. , Aarts, Ronald G.K.M. ,Brouwer, Dannis M. System behaviour of a multiple overconstrained compliant four-bar mechanism[J]. engineering village. 2017(12)
附：文獻(xiàn)綜述或報告
文獻(xiàn)綜述
一、連桿機構(gòu)的發(fā)展概述
在過去的幾十年里，國內(nèi)外的一些學(xué)者對連桿機構(gòu)分析和綜合的研究已取得了令人矚目的成就。
對于連桿機構(gòu)分析，提出了以單開鏈為單元的理論與方法，以拓?fù)涮卣鳛榛A(chǔ)的新機構(gòu)組成原理，揭示了機構(gòu)特征與動力學(xué)方程、運動學(xué)方程之間的聯(lián)系，創(chuàng)立了一套數(shù)學(xué)模型。連桿機構(gòu)綜合取得成就有：
（1）提出了綜合桿組的概念，創(chuàng)立了連桿機構(gòu)按速度、位置、加速度等運動參數(shù)綜合進(jìn)行分析的理論和方法。（2）將計算機技術(shù)應(yīng)用到連桿機構(gòu)綜合，建立了傳動特征和導(dǎo)引特性的數(shù)據(jù)庫，有利于提高求解精度和設(shè)計速度。（3）提出了基于局部的軌跡的特征，實現(xiàn)整個機構(gòu)的軌跡，提高軌跡機構(gòu)求解的精度和設(shè)計速度。（4）提出了機架桿方向結(jié)構(gòu)誤差與從動桿桿長機構(gòu)誤差的概念，并通過改進(jìn)遺傳算法，完成軌跡機構(gòu)和函數(shù)生成機構(gòu)的優(yōu)化。20 世紀(jì)中期，開始將計算機技術(shù)應(yīng)用到連桿機構(gòu)綜合。對于鉸鏈四桿機構(gòu)綜合的幾何方法，一些學(xué)者將其公式化，超越方程組和求解代數(shù)方程組可以在計算機上進(jìn)行，從而獲得綜合機構(gòu)有關(guān)的參數(shù)，首次實現(xiàn)將計算機實現(xiàn)應(yīng)用到四桿機構(gòu)再現(xiàn)函數(shù)的最優(yōu)綜合中。60 年代后，位移矩陣法也被應(yīng)用到機構(gòu)綜合中， 通過解超越方程組和非線性方程組，求綜合機構(gòu)的有關(guān)參數(shù)。
在過去的幾百年中，連桿機構(gòu)的理論研究取得了巨大的成績。18 世紀(jì)后期，機械工程學(xué)科在第一次工業(yè)革命后迅速的發(fā)展起來了，機構(gòu)學(xué)也成了一門獨立的新學(xué)科。連桿機構(gòu)早在 13 世紀(jì)前期就已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，四桿機構(gòu)是最簡單也是最早出現(xiàn)的一種機構(gòu)。早在 18 世紀(jì)，著名發(fā)明家瓦特就對連桿機構(gòu)進(jìn)行了研究。1784 年，瓦特將四桿機構(gòu)應(yīng)用到他發(fā)明的蒸汽機里，為活塞提供近似直線運動。瓦特將連桿機構(gòu)應(yīng)用到蒸汽機多年之后，連桿機構(gòu)并沒有得到快速的發(fā)展，一方面是由于缺乏其運動特性方面的理論基礎(chǔ)。與連桿機構(gòu)相關(guān)的一些文獻(xiàn)在 19 世紀(jì) 80 年代后才相繼出現(xiàn)。
19 世紀(jì)之后，對連桿機構(gòu)研究貢獻(xiàn)最大的是德國機構(gòu)學(xué)學(xué)派，其研究成果處于世界遙遙領(lǐng)先地位。第二次世界大戰(zhàn)之后，由于計算機技術(shù)的快速發(fā)展，使連桿機構(gòu)在生產(chǎn)中的應(yīng)用有了新突破，開辟了許多新分支。四桿機構(gòu)是連桿機構(gòu)最基本的形式，雖然目前對四桿機構(gòu)已進(jìn)行了很多的研究，但是在運動學(xué)和動力學(xué)方面，四桿機構(gòu)仍待進(jìn)一步發(fā)展。對于五桿機構(gòu)，尤其是五桿以上的多桿多自由度機構(gòu)，仍待進(jìn)一步研究。四桿機構(gòu)雖應(yīng)用廣泛，形式簡單，但僅僅能實現(xiàn)簡單的功能。隨著機械手、機械自動化機器人的發(fā)展，在機構(gòu)運動和動力特性方面，人們有了更高的要求，國際上也十分注重這方面的研究。
隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，也促進(jìn)了機械工程學(xué)的快速發(fā)展。連桿機構(gòu)將朝著多桿機構(gòu)方向和多學(xué)科之間的相會融合和滲透方向發(fā)展。未來連桿機構(gòu)研究的對象將會是由機構(gòu)、控制系統(tǒng)和原動機結(jié)合成的整個機構(gòu)系統(tǒng)，通過對整個機構(gòu)系統(tǒng)的研究，揭示其運動學(xué)、動力學(xué)特征以及其對動力分配的影響，從而改進(jìn)機構(gòu)的性能和創(chuàng)造出具有新用途的機構(gòu)，這將是未來連桿機構(gòu)發(fā)展的趨勢。
二、Matlab 的發(fā)展及優(yōu)點概述
在 70 年代中期，Cleve Moler 博士和其同事在美國國家科學(xué)基金的資助下開發(fā)了調(diào)用 EISPACK 和 LINPACK 的 FORTRAN 子程序庫。EISPACK 是特征值求解的 FOETRAN 程序庫，LINPACK 是解線性方程的程序庫。在當(dāng)時，這兩個程序庫代表矩陣運算的最高水平。到 70 年代后期，身為美國 New Mexico 大學(xué)計算機系系主任的 Cleve Moler， 在給學(xué)生講授線性代數(shù)課程時，想教學(xué)生使用 EISPACK 和 LINPACK 程序庫，但他發(fā)現(xiàn)
學(xué)生用 FORTRAN 編寫接口程序很費時間，為了讓學(xué)生方便的調(diào)用 EISPACK 和 LINPACK， 利用業(yè)余時間為學(xué)生編寫 EISPACK 和 LINPACK 的接口程序。Cleve Moler 給這個接口程序取名為 Matlab，取名 Matlab(MATrix LABoratory)，即 Matrix 和 Laboratory 的組合。在以后的數(shù)年里，Matlab 在多所大學(xué)里作為教學(xué)輔助軟件使用，并作為面向大眾的免費軟件廣為流傳。1983 年春天，Cleve Moler 到 Standford 大學(xué)講學(xué)，Matlab 深深地吸引了工程師 John Little。John Little 敏銳地覺察到 Matlab 在工程領(lǐng)域的廣闊前景。于是，他和 Cleve Moler、Steve Bangert 一起，由 Steve Bangert 主持開發(fā)編譯解釋程序，Steve Kleiman 完成圖形功能的設(shè)計，John Little 和 Cleve Moler 主持開發(fā)了各類數(shù)學(xué)分分析的子模塊，撰寫用戶指南和大部分的 M 文件。這樣用 C 語言開發(fā)了第二代 Matlab 專業(yè)版，也是 Matlab 第一個商用版，同時賦予了它數(shù)值計算和數(shù)據(jù)圖示化的功能。自從第一版發(fā)行以來，已有眾多的科技工作者加入到 Matlab 的開發(fā)隊伍中，并為形成今天約 Matlab 系統(tǒng)做出了巨大的貢獻(xiàn)。1984 年，Cleve Moler和 John Little 成立了 Math Works 公司，發(fā)行了 Matlab 第 1 版(DoS 版本 1.0)。正式把 Matlab 推向市場。Matlab 的第一個商業(yè)化的版本是同年推出的是 3.0 的 DOS 版本。并繼續(xù)進(jìn)行 Matlab 的研究和開發(fā)，逐步將其發(fā)展成為一個集數(shù)值處理、圖形處理、圖像處理、符號計算、文字處理、數(shù)學(xué)建模、實時控制、動態(tài)仿真、信號處理為一體的數(shù)學(xué)應(yīng)用軟件。Matlab 以商品形式出現(xiàn)后，僅短短幾年，就以其良好的開放性和運行的可靠性，使原先控制領(lǐng)域里的封閉式軟件包（如英國的 UMIST，瑞典的 LUND 和 SIMNON，德國的 KEDDC）紛紛淘汰，而改以 Matlab 為平臺加以重建。九十年代初期，在國際上 30 幾個數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中，Matlab 在數(shù)值計算方面獨占鰲頭，而
Mathematica 和 Maple 則分居符號計算軟件的前兩名。
MathCAD 因其提供計算、圖形、文字處理的統(tǒng)一環(huán)境而深受中學(xué)生歡迎。Matlab 已經(jīng)成為國際控制界公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)計算軟件。1992 年，MathWorks 公司于推出了 4.0 版本。1993 年，MathWorks 公司推出了 Matlab 4.1 版。也是在這年（1993 年）MathWorks 公司從加拿大滑鐵盧大學(xué)購得 Maple 的使用權(quán)，以 Maple 為“引擎”開發(fā)了 Symbolic Math Toolbox 1.0。MathWorks 公司此舉加快結(jié)束了國際上數(shù)值計算、符號計算孰優(yōu)孰劣的長期爭論，促成了兩種計算的互補發(fā)展新時代。
Matlab 的主要特點有：(1)高效的數(shù)值計算及符號計算功能，能使用戶從繁雜的數(shù)學(xué)運算分析中解脫出來；(2)具有完備的圖形處理功能，實現(xiàn)計算結(jié)果和編程的可視化；(3)友好的用戶界面及接近數(shù)學(xué)表達(dá)式的自然化語言，使學(xué)者易于學(xué)習(xí)和掌握；
(4)功能豐富的應(yīng)用工具箱(如信號處理工具箱、通信工具箱等)，為用戶提供了大量方便實用的處理工具。Matlab 語言是一種非常強大的工程計算語言，提供了非常豐富的 Matlab 優(yōu)化工具箱。其優(yōu)化工具箱有許多常用的優(yōu)化算法，廣泛應(yīng)用于線性規(guī)劃、二次規(guī)劃、非線性優(yōu)化、最小二乘法問題、非線性方程求解、多目標(biāo)決策等問題，其函數(shù)表達(dá)簡潔，優(yōu)化算法選擇靈活，參數(shù)設(shè)置自由，相比于其它很多成熟的優(yōu)化程序具有明顯的優(yōu)越性。
三、連桿機構(gòu)運動學(xué)的 Matlab 分析概述
連桿機構(gòu)由于其結(jié)構(gòu)簡單，可承受載荷大，連桿曲線具有多樣性等特性，它在眾多領(lǐng)域都有著廣泛的運用。機構(gòu)運動學(xué)仿真就是根據(jù)給定的原動件運動規(guī)律，求出機構(gòu)中其它構(gòu)件的運動參數(shù)。機構(gòu)運動分析的方法分為圖解法、解析法和實驗法三種, 解析法將機構(gòu)問題抽象為數(shù)學(xué)問題,將機構(gòu)運動參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系用數(shù)學(xué)解析式來描述,便于推理和對機構(gòu)在整個運動過程中任意位置的運動性能進(jìn)行深入分析, 分析精度也較高。隨著計算機技術(shù)和數(shù)值方法的發(fā)展。解析法運算冗繁的問題得以解決,并體現(xiàn)出運算速度快、計算精度高的顯著優(yōu)勢,因此解析法得到越來越廣泛的應(yīng)用。無論是分析現(xiàn)有機構(gòu)工作性能,還是優(yōu)化新機械,仿真都是十分重要的。通過仿真可以確定某些構(gòu)件運動所需的空間,校驗它們運動是否干涉,而且運動軌跡仿真動畫
則更為形象直觀，速度分析可以確定機構(gòu)從動件的速度是否合乎要求，加速度分析可以為慣性力計算提供數(shù)據(jù)。因此,運動學(xué)分析既是機構(gòu)綜合的基礎(chǔ),又是力分析的基礎(chǔ)。
同時，Matlab 具有強大的運算分析功能，具有集科學(xué)計算、程序設(shè)計和可視化于一體的高度集成化軟件環(huán)境，是目前國際上公認(rèn)的最優(yōu)秀的計算分析軟件之一，被廣泛應(yīng)用于自動控制、信號處理、機械設(shè)計、流體力學(xué)和數(shù)理統(tǒng)計等工程領(lǐng)域。通過運算分析，Matlab 可以從眾多的設(shè)計方案中尋找最佳途徑，獲取最優(yōu)結(jié)果，大大提高了設(shè)計水平和質(zhì)量。四連桿機構(gòu)的解析法同樣可以用 Matlab 的計算工具來求值，并結(jié)合 Matlab 的可視化手段，把各點的計算值擬合成曲線，得到連桿機構(gòu)的運動仿真軌跡。Matlab 軟件中的 Simulink 仿真工具用于機械工程中機構(gòu)的運動學(xué)仿真，簡單， 直觀。只需通過 M 文件編寫運動學(xué)方程，設(shè)定特殊時刻為初始值就可以得到任意時刻的位置、速度、加速度的值，并可以觀察它們在運動周期內(nèi)的變化。通過基于 Matlab 的強大的矩陣運算能力，還可以方便得到三者之間的關(guān)系，這是一般解析方法所不及的。以 Matlab 軟件的 Simulink 軟件包為研究平臺，以平面四桿機構(gòu)為研究對象，通過建立閉環(huán)矢量方程，以牛頓力學(xué)為基礎(chǔ)列出動力學(xué)方程，通過已知的幾何特性，利用 Matlab 軟件數(shù)值計算能力和 Simulink 仿真模塊來實現(xiàn)系統(tǒng)的建模仿真。通過對機構(gòu)中各構(gòu)件進(jìn)行受力分析，得到動力學(xué)的數(shù)學(xué)模型，再加上機構(gòu)運動的運動參數(shù)，建立動力學(xué)仿真模型，得到機構(gòu)運動的反力和力矩，避免了復(fù)雜的數(shù)學(xué)解析運算，并保證了計算精度。通過已知的幾何特性，利用 Matlab 軟件數(shù)值計算能力和 Simulink 仿真模塊來實現(xiàn)系統(tǒng)的建模仿真。
我們以連桿機構(gòu)為研究對象，應(yīng)用了基于 Matlab 的 Simulink 對平面連桿機構(gòu)以及空間連桿機構(gòu)的運動學(xué)和動力學(xué)仿真方法。仿真模擬使計算更為簡單，并以曲線圖的形式顯示出在曲柄勻速運動條件下，各參數(shù)的隨時間變化的特性。這不僅可以保證系統(tǒng)方案的可行性，還可以提高機械設(shè)計的效率，為機構(gòu)設(shè)計提供了新的方法，具有很強的實際工程應(yīng)用意義。
總之,機構(gòu)仿真是實現(xiàn)機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的重要方法,特別是對于復(fù)雜機構(gòu)系統(tǒng),這一方法更加顯示出其優(yōu)越性,而 Matlab 可很好地對機械系統(tǒng)進(jìn)行分析,為機械系統(tǒng)的建模仿真提供一個強大而方便的工具。
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