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機電一體化虛擬仿真實驗研究論文
摘要：機電一體化產(chǎn)品機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電氣控制方式多變，導(dǎo)致目前所用實驗設(shè)備種類難以含蓋整機電課程知識點，無法滿足培養(yǎng)學(xué)生動手能力的訓(xùn)練與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，針對這種現(xiàn)象，淄博職業(yè)學(xué)院開發(fā)了基于UG與Matlab/Simulink軟件的機電一體化虛擬仿真實驗，經(jīng)過兩學(xué)年的測試與改進，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，具有操作簡單、功能完備、兼容性強等特點。該軟件集成了多種專業(yè)建模工具箱，可實現(xiàn)對單一領(lǐng)域系統(tǒng)的建模仿真，也可以實現(xiàn)多領(lǐng)域耦合系統(tǒng)的聯(lián)合仿真[3]。軟件中提供了許多模塊，提供了電力系統(tǒng)模塊庫，可方便的進行RLC電路、電力電子電路、電機控制系統(tǒng)和電力系統(tǒng)的仿真[4]。其中三相異步交流電機控制比較簡單，直接利用Simulink中提供的電機本體[5]。在伺服系統(tǒng)中，應(yīng)用較多的電機主要是無刷直流電機、感應(yīng)電動機和三相永磁同步電動機。無刷直流電機控制電路簡單、易實現(xiàn)，但電刷存在易磨損、易打火等問題。感應(yīng)電動機結(jié)構(gòu)復(fù)雜，矢量控制算法繁雜，不利于高精度控制場合。永磁同步電機PMSM，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、轉(zhuǎn)矩電流比高、效率高、功率因數(shù)高、轉(zhuǎn)動慣量低、易于散熱及維護保養(yǎng)等優(yōu)點。
2機械結(jié)構(gòu)運動仿真
在UG軟件中，繪制好零件的三維模型，根據(jù)實際情況裝配好產(chǎn)品后，進入運動仿真模塊，選擇動力學(xué)分析環(huán)境，高級結(jié)算方案選擇協(xié)同仿真。對組成產(chǎn)品的每一個構(gòu)件定義連桿屬性，系統(tǒng)會自動計算質(zhì)心慣性矩等。對構(gòu)件與構(gòu)件連接處的運動副定義運動副屬性，并創(chuàng)建標記點、傳感器等相關(guān)選項。可定義多種驅(qū)動方式（力、扭矩、速度、加速度、鉸鏈驅(qū)動、函數(shù)驅(qū)動等），設(shè)置好仿真時間和運動步數(shù)后，求解，最終實現(xiàn)機構(gòu)的運動。但這種驅(qū)動的輸入沒有通過電機控制，所以無法真正的模擬機電一體化系統(tǒng)的運動特性，需要進行機電一體仿真。
3機電一體化仿真
在UG協(xié)同仿真環(huán)境中，創(chuàng)建工廠輸入、工廠輸出。工廠輸入是把Matlab/Simulink中的動力輸出等控制信息（力、扭矩）傳輸?shù)経G軟件中機械結(jié)構(gòu)的動力輸入端，從而實現(xiàn)電氣系統(tǒng)驅(qū)動機械結(jié)構(gòu)。工廠輸出是把UG中機械結(jié)構(gòu)的運動信息（位移、速度、加速度）、傳感器信息、表達式信息等輸出到Simulink中，從而實現(xiàn)機械結(jié)構(gòu)的傳感器信息傳遞給電氣控制系統(tǒng)。通過工廠輸入、工廠輸出，實現(xiàn)了Simulink中的電氣控制系統(tǒng)與UG中的機械結(jié)構(gòu)之間的信息交互。需要注意的是：Simlink中控制系統(tǒng)的仿真采樣頻率需要與UG中的機構(gòu)運動仿真模型采樣頻率相同[6]。
4總結(jié)
經(jīng)過機電一體化虛擬仿真平臺，Matlab/Simulink中控制系統(tǒng)可以控制UG中的機械結(jié)構(gòu)，機械結(jié)構(gòu)運動是三維模型，非常直觀，方便多角度觀察。還可把各種數(shù)據(jù)信息輸出到Excel表格中，繪制各種圖標，研究機電一體化系統(tǒng)運行特性。同學(xué)們只要掌握了這種實驗方式，可非常容易的擴展電氣控制系統(tǒng)或者機械結(jié)構(gòu)，極大的促進了學(xué)生創(chuàng)新意識，提高了同學(xué)們學(xué)習(xí)軟件工具及相關(guān)理論知識的積極性。
參考文獻：
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[2]楊鳳雙.機電一體化系統(tǒng)在機械工程中的應(yīng)用[J].科技資訊，2017(33)：70-71.
[3]崔洪新，馮柯，李煥良，等.基于Simulink的機電液系統(tǒng)虛擬樣機建模方法[J].計算機應(yīng)用，2016，36(s2)：129-131.
[4]洪乃剛.電力電子、電機控制系統(tǒng)的建模和仿真[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.
[5]張小石，郝秀平，廖輝，等.基于MATLAB/Simulink的三相直流電機動態(tài)仿真[J].機械工程與自動化，2014(4)：56-58.
[6]李玉勝，董保香，張國海.基于NX與Matlab/Simulink的協(xié)同仿真與應(yīng)用[J].制造業(yè)自動化，2013，35(6)：64-65.
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