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新式控件在聯(lián)并車床體系受力性摹擬的運用

作者:天乙數(shù)控機床時間:2021-11-101058次瀏覽

信息摘要:

運動學方程和動力學模型運動學方程是建立動力學模型的基礎(chǔ)。對并聯(lián)機床的定、動平臺形狀假定如所示,在上、下平臺上分別建立坐標系o′x′y′z′和oxyz,其中o′和o點分別為2個六邊形的質(zhì)心,ox和o′x′軸取2個短邊A1A6和B1B6的垂線,oz和o′z′分別垂直于2個平臺,oy和o′y′的方向根據(jù)右手法則而定。1并聯(lián)機床結(jié)構(gòu)示意

運動學方程和動力學模型運動學方程是建立動力學模型的基礎(chǔ)。對并聯(lián)機床的定、動平臺形狀假定如所示,在上、下平臺上分別建立坐標系o′x′y′z′和oxyz,其中o′和o點分別為2個六邊形的質(zhì)心,ox和o′x′軸取2個短邊A1A6和B1B6的垂線,oz和o′z′分別垂直于2個平臺,oy和o′y′的方向根據(jù)右手法則而定。



  1并聯(lián)機床結(jié)構(gòu)示意2上、下平臺的坐標系統(tǒng)設(shè)r1和r2分別為上、下平臺所對應的外接圓半徑,Α1和Α2分別為2個六邊形短邊所對應的中心角,{xoi′yoi′zoi′}為上平臺的第i個鉸點。在o′x′y′z′坐標中,由于o′點是活動的,故為相對坐標,{xi′yi′zi′}為上平臺的第i個鉸點在oxyz中的坐標,即絕對坐標,{xoi



  yoi



  zoi}為下平臺的第i個鉸點在oxyz中的坐標。則由坐標系o′x′y′z′到oxyz坐標系的方向余弦矩陣為=cosΑcosΒ-sinΑcosΒsinΒxPsinΑcosΧ+cosΑsinΒsinΧcosΑcosΧ-sinΑsinΒsinΧ-cosΒsinΧyPsinΑsinΧ-cosΑsinΒcosΧcosΑsinΧ+sinΑsinΒcosΧcosΒcosΧzP01{Vi}={Ui}(1)其中,{Vi}={xi′yi′zi′1},{Ui}={xoi′yoi′zoi′1}.


  Α、Β、Χ為上平臺繞z、y、x軸旋轉(zhuǎn)的角度,xP、yP、zP為上平臺幾何中心點的絕對坐標,{Vi}、{Ui}可以由機床的幾何參數(shù)算出。當給定活動平臺的位置{xP



yPzPΑΒΧ}時,其平臺機構(gòu)的位置反解方程為si=ViDi(2)其中,{Di}={xoiyoizoi1},由此可求得各分支的長度。因為si=f(xPyPzPΑΒΧ),對si求一次導數(shù)得到并聯(lián)機床的速度反解關(guān)系式。Matlab在動力學模型計算中的應用Matlab提供了一個人機交互的數(shù)學系統(tǒng)環(huán)境,并以矩陣作為基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在VC平臺上實現(xiàn)符號運算并非容易,但Matlab提供了基本符號運算和擴展符號運算2個子工具箱。在這2個子工具箱的輔助下,可以編寫自己的M文件和M函數(shù),且很方便地建立起動力學模型中的各個符號變量及其相互關(guān)系,程序一目了然,便于修改。Matlab不但提供用于創(chuàng)建符號方程的命令,且還提供用于求解線性和非線性方程組的命令,節(jié)省了純VC編程的時間。



 ?。?)參數(shù)輸入模塊負責接受機構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)、初始條件等必要參數(shù),然后打開Matlab引擎,將參數(shù)傳遞給Matlab.



 ?。?)調(diào)用模型運算模塊進行運動學和動力學模型的符號推導、數(shù)值計算和繪。這一模塊以帶參數(shù)的M函數(shù)表示,它是整個編程的核心部分,從M函數(shù)可輸出符號表達的轉(zhuǎn)換矩陣、影響系統(tǒng)矩陣、動力學正問題和動力學逆問題。



  (3)運行信息顯示模塊顯示模型計算的文結(jié)果、提示錯誤和警告信息等。由Matlab引擎返回到應用程序的可視化仿真結(jié)果,便于與實測結(jié)果進行對照分析,找出影響并聯(lián)機床系統(tǒng)動態(tài)特性因素。



 ?。?)軌跡規(guī)劃模塊對設(shè)計的運動軌跡進行優(yōu)化處理,使其在工作空間內(nèi)不出現(xiàn)奇異位置,然后與轉(zhuǎn)換矩陣及影響系數(shù)矩陣聯(lián)立求解運動學問題,運動學方程和動力學正問題可以用來進行動力學控制。這些模塊中涉及的矩陣運算、符號推導、解線性或非線性微分方程組等復雜運算均可在Matlab中實現(xiàn),而界面、參數(shù)輸入和運算信息顯示可在VC平臺上完成。



  結(jié)束語(1)通過VC和Matlab接口的引擎方法在VC應用程序中調(diào)用Matlab的函數(shù)或命令,可充分利用Matlab強大的矩陣計算、符號推導和方便的繪功能,完成并聯(lián)機床動力學模型的運算和仿真,減輕純VC編程的工作量和調(diào)試困難,保證計算的可靠性和準確性。



  (2)VC和Matlab的接口技術(shù)使程序繼承了良好的用戶界面,可直接輸入?yún)?shù),得到所需要的文結(jié)果,便于與儀器測量結(jié)果比較分析。



  (3)引入影響系數(shù)法給編程帶來方便,上述框中的各個模塊可以獨立編程,在各個模塊之間建立相應的數(shù)據(jù)接口,這些接口可以通過界面交互式進行,由此體現(xiàn)了C語言的面向?qū)ο缶幊烫攸c和模塊化設(shè)計的好處。


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