Μοντελοποίηση μηχανικών συστημάτων χρησιμοποιώντας το πακέτο επέκτασης SimMechanics. Προσομοίωση φυσικών διεργασιών

Σε ένα καλά δομημένο αντικειμενοστραφή σύστημα, υπάρχει πάντα μια ολόκληρη σειρά τυπικών μοτίβων (μοτίβων). Στο ένα άκρο αυτού του φάσματος θα βρείτε ιδιωματισμούς που αντιπροσωπεύουν τις σταθερές κατασκευές της γλώσσας υλοποίησης και στο άλλο θα βρείτε αρχιτεκτονικά μοτίβα και πλαίσια που σχηματίζουν το σύστημα ως σύνολο και ορίζουν ένα συγκεκριμένο στυλ. Στη μέση του φάσματος υπάρχουν μηχανισμοί που περιγράφουν κοινά σχέδια σχεδίασης μέσω των οποίων τα στοιχεία του συστήματος αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Οι μηχανισμοί στο UML αντιπροσωπεύονται χρησιμοποιώντας συνεργασίες.

Οι μηχανισμοί είναι αυτόνομες συνεργασίες. Οποιοδήποτε στοιχείο είναι ορατό σε κάποιο μέρος του συστήματος είναι υποψήφιο για συμμετοχή στον μηχανισμό.

Αυτοί οι τύποι μηχανισμών αντιπροσωπεύουν αρχιτεκτονικά σημαντικές αποφάσεις σχεδιασμού και θα πρέπει να λαμβάνονται σοβαρά υπόψη. Συνήθως οι μηχανισμοί προτείνονται από τον αρχιτέκτονα συστήματος και εξελίσσονται με κάθε νέα έκδοση. Τελικά, διαπιστώνετε ότι το σύστημα έχει γίνει απλό (επειδή οι τυπικές αλληλεπιδράσεις πραγματοποιούνται στους μηχανισμούς), είναι κατανοητό (επειδή το σύστημα μπορεί να γίνει κατανοητό από την οπτική γωνία των μηχανισμών του) και ευέλικτο (συντονίζοντας κάθε μηχανισμό, προσαρμόζετε το σύστημα ως σύνολο).

Η μοντελοποίηση των μηχανισμών πραγματοποιείται ως εξής:

1. Προσδιορίστε τους βασικούς μηχανισμούς που απαρτίζουν την αρχιτεκτονική του συστήματος. Η επιλογή τους υπαγορεύεται από το συνολικό αρχιτεκτονικό στυλ στο οποίο αποφασίζετε να βασίσετε την υλοποίησή σας, καθώς και από το στυλ που ταιριάζει καλύτερα στον τομέα της εφαρμογής σας.

2. Σκεφτείτε τον κάθε μηχανισμό ως συνεργασία.

3. Επεκτείνετε τα δομικά και συμπεριφορικά στοιχεία κάθε συνεργασίας. Όπου είναι δυνατόν, προσπαθήστε να βρείτε κοινόχρηστα στοιχεία.

4. Αυτοί οι μηχανισμοί θα πρέπει να εγκρίνονται νωρίς στον κύκλο ζωής της ανάπτυξης (είναι στρατηγικά σημαντικοί), αλλά πρέπει να αναπτύσσονται σε κάθε νέα έκδοση, καθώς εξοικειώνεστε περισσότερο με τις λεπτομέρειες υλοποίησης.

Κατά τη μοντελοποίηση συνεργασιών σε UML, να θυμάστε ότι κάθε συνεργασία πρέπει να αντιπροσωπεύει μια υλοποίηση μιας περίπτωσης χρήσης ή λειτουργίας ή να λειτουργεί ως αυτόνομος μηχανισμός σε επίπεδο συστήματος.

Μια καλά δομημένη συνεργασία έχει τις ακόλουθες ιδιότητες:

· Περιλαμβάνει δομικά και συμπεριφορικά στοιχεία.

· αντιπροσωπεύει μια σαφή αφαίρεση κάποιας αλληλεπίδρασης στο σύστημα.

· σπάνια εντελώς ανεξάρτητη - συνήθως επικαλύπτεται με δομικά στοιχεία άλλων συνεργασιών.

· απλό και κατανοητό.

Όταν αντιπροσωπεύετε τη συνεργασία σε UML, χρησιμοποιήστε τους ακόλουθους κανόνες:

· Σχεδιάστε μια συνεργασία ρητά μόνο όταν είναι απαραίτητο για να κατανοήσετε τις σχέσεις της με άλλες συνεργασίες, ταξινομητές, λειτουργίες ή το σύστημα ως σύνολο. Σε άλλες περιπτώσεις, χρησιμοποιήστε συνεργασίες, αλλά αφήστε τις στο παρασκήνιο του μοντέλου.

· Οργανώστε τις συνεργασίες σύμφωνα με τους ταξινομητές ή τις λειτουργίες που αντιπροσωπεύουν ή τοποθετήστε τις σε πακέτα που σχετίζονται με το σύστημα ως σύνολο.

Προφίλ – ένα σύνολο στερεότυπων

ΟΔΗΓΟΣ ΠΡΑΚΤΙΚΩΝ ΑΣΚΗΣΕΩΝ

Η πρακτική ενότητα περιέχει εργασίες που σας επιτρέπουν να αναπτύξετε δεξιότητες στη χρήση της γλώσσας UML κατά τη σύνταξη τεχνικών περιγραφών συστημάτων συστημάτων πληροφορικής επικοινωνίας και την εκτέλεση ειδικών εργασιών.

Τα προγράμματα τρισδιάστατης μοντελοποίησης μπορούν να βοηθήσουν στη μετατροπή ορισμένων ιδεών σε όμορφα μοντέλα και πρωτότυπα που μπορούν αργότερα να χρησιμοποιηθούν για διάφορους σκοπούς. Αυτά τα εργαλεία σάς επιτρέπουν να δημιουργείτε μοντέλα από την αρχή, ανεξάρτητα από το επίπεδο δεξιοτήτων. Ορισμένοι επεξεργαστές 3D είναι αρκετά απλοί, έτσι ώστε ακόμη και ένας αρχάριος να μπορεί να τους κατακτήσει σε σύντομο χρονικό διάστημα. Σήμερα, τα τρισδιάστατα μοντέλα χρησιμοποιούνται σε μια μεγάλη ποικιλία τομέων: κινηματογράφος, παιχνίδια υπολογιστή, εσωτερική διακόσμηση, αρχιτεκτονική και πολλά άλλα.

Η επιλογή του καλύτερου λογισμικού μοντελοποίησης είναι συχνά δύσκολη, καθώς δεν είναι εύκολο να βρείτε ένα πρόγραμμα που να έχει όλες τις απαραίτητες λειτουργίες. Το FreelanceToday φέρνει στην προσοχή σας 20 δωρεάν προγράμματα τρισδιάστατης μοντελοποίησης.

Το Daz Studio είναι ένα ισχυρό αλλά εντελώς δωρεάν λογισμικό τρισδιάστατης μοντελοποίησης. Αυτό δεν σημαίνει ότι αυτό είναι ένα εύκολο εργαλείο για να μάθουν οι αρχάριοι θα πρέπει να αφιερώσουν πολύ χρόνο στην εκμάθηση των δυνατοτήτων του προγράμματος. Οι δημιουργοί του προγράμματος φρόντισαν για την εμπειρία χρήστη, αλλά η ευκολία του Daz Studio δεν θα εκτιμηθεί αμέσως. Ένα από τα χαρακτηριστικά του προγράμματος είναι η δημιουργία τρισδιάστατων εικόνων με επιτάχυνση GPU κατά την απόδοση, γεγονός που καθιστά δυνατή τη δημιουργία πολύ ρεαλιστικών μοντέλων. Το Daz Studio διαθέτει επίσης υποστήριξη για τη δημιουργία σκηνών και λειτουργικότητα για κινούμενα μοντέλα.

ΔιαθέσιμοςΓια: Παράθυρα | OS X

Το δωρεάν λογισμικό τρισδιάστατης μοντελοποίησης Open SCAD έχει σχεδιαστεί για σοβαρό σχεδιασμό (βιομηχανικό σχέδιο, εσωτερικούς χώρους, αρχιτεκτονική). Οι δημιουργοί του προγράμματος ενδιαφέρθηκαν πολύ λιγότερο για τις καλλιτεχνικές πτυχές. Σε αντίθεση με άλλα παρόμοια προγράμματα, το Open SCAD δεν είναι ένα διαδραστικό εργαλείο - είναι ένας τρισδιάστατος μεταγλωττιστής που εμφανίζει τις λεπτομέρειες του έργου σε τρεις διαστάσεις.

Διαθέσιμο για:Παράθυρα | OS X | Linux

Το AutoDesk 123D είναι ένα μεγάλο σύνολο από διάφορα εργαλεία για CAD και 3D μοντελοποίηση. Χρησιμοποιώντας το πρόγραμμα, μπορείτε να σχεδιάσετε, να δημιουργήσετε και να οπτικοποιήσετε σχεδόν οποιοδήποτε τρισδιάστατο μοντέλο. Το AutoDesk υποστηρίζει επίσης τεχνολογία τρισδιάστατης εκτύπωσης. Ο κύριος ιστότοπος AutoDesk 123D διαθέτει πολλούς δορυφορικούς ιστότοπους όπου μπορείτε να βρείτε πολλά ενδιαφέροντα δωρεάν τρισδιάστατα μοντέλα με τα οποία μπορείτε να πειραματιστείτε ή απλώς να χρησιμοποιήσετε για τους δικούς σας σκοπούς.

Διαθέσιμο για:Παράθυρα | OS X | iOS |

Το Meshmixer 3.0 σάς επιτρέπει να σχεδιάζετε και να οπτικοποιείτε τρισδιάστατες δομές συνδυάζοντας δύο ή περισσότερα μοντέλα σε λίγα απλά βήματα. Το πρόγραμμα έχει μια βολική λειτουργία "κοπής και επικόλλησης" για αυτό, δηλαδή, μπορείτε να κόψετε τα απαραίτητα εξαρτήματα από το μοντέλο και να τα επικολλήσετε σε άλλο μοντέλο. Το πρόγραμμα υποστηρίζει ακόμη και τη γλυπτική - ο χρήστης μπορεί να δημιουργήσει ένα εικονικό γλυπτό, διαμορφώνοντας και τελειοποιώντας την επιφάνεια με τον ίδιο τρόπο σαν να σμιλεύει ένα μοντέλο από πηλό. Και όλα αυτά σε πραγματικό χρόνο! Το πρόγραμμα υποστηρίζει τρισδιάστατη εκτύπωση, τα τελικά μοντέλα είναι πλήρως βελτιστοποιημένα για αποστολή στον εκτυπωτή.

ΔιαθέσιμοςΓια: Παράθυρα | OS X

Το 3DReshaper είναι προσιτό και εύκολο στη χρήση λογισμικό τρισδιάστατης μοντελοποίησης. Το πρόγραμμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε διάφορους τομείς όπως η τέχνη, η εξόρυξη, η πολιτική μηχανική ή η ναυπηγική. Το 3DReshaper συνοδεύεται από υποστήριξη για διάφορα σενάρια και υφές και έχει πολλά χρήσιμα εργαλεία και δυνατότητες για να διευκολύνει τη διαδικασία τρισδιάστατης μοντελοποίησης.

ΔιαθέσιμοςΓια: Windows

Το δωρεάν πρόγραμμα 3D Crafter έχει σχεδιαστεί για τρισδιάστατη μοντελοποίηση και δημιουργία κινούμενων εικόνων σε πραγματικό χρόνο. Το κύριο χαρακτηριστικό αυτού του προγράμματος επεξεργασίας είναι η διαισθητική προσέγγιση μεταφοράς και απόθεσης. Μπορούν να κατασκευαστούν σύνθετα μοντέλα χρησιμοποιώντας απλά σχήματα και το πρόγραμμα υποστηρίζει γλυπτική και τρισδιάστατη εκτύπωση. Αυτό είναι ένα από τα πιο βολικά εργαλεία για τη δημιουργία κινούμενων εικόνων.

ΔιαθέσιμοςΓια: Windows

Το PTC Creo είναι ένα ολοκληρωμένο σύστημα σχεδιασμένο ειδικά για μηχανολόγους μηχανικούς, σχεδιαστές και τεχνολόγους. Το πρόγραμμα θα είναι επίσης χρήσιμο για σχεδιαστές που δημιουργούν προϊόντα χρησιμοποιώντας μεθόδους σχεδιασμού με τη βοήθεια υπολογιστή. Η άμεση μοντελοποίηση σάς επιτρέπει να δημιουργήσετε σχέδια από υπάρχοντα σχέδια ή να χρησιμοποιήσετε το πρόγραμμα για να οπτικοποιήσετε νέες ιδέες. Οι αλλαγές στη γεωμετρία ενός αντικειμένου μπορούν να γίνουν πολύ γρήγορα, γεγονός που επιταχύνει σημαντικά τη διαδικασία εργασίας. Το πρόγραμμα, σε αντίθεση με τα προηγούμενα, είναι επί πληρωμή, αλλά υπάρχει δοκιμαστική περίοδος 30 ημερών και δωρεάν έκδοση για καθηγητές και μαθητές.

ΔιαθέσιμοςΓια: Windows

Το δωρεάν λογισμικό LeoCAD είναι ένα σύστημα σχεδιασμού με τη βοήθεια υπολογιστή για εικονικά μοντέλα LEGO. Υπάρχουν εκδόσεις για Windows, Mac OS και Linux. Το πρόγραμμα μπορεί να είναι μια καλή εναλλακτική του Lego Digital Designer (LDD), καθώς έχει απλή διεπαφή, υποστηρίζει βασικά καρέ και λειτουργεί σε λειτουργία κινούμενης εικόνας. Είναι η υποστήριξη για κινούμενα σχέδια που ξεχωρίζει το LeoCAD από άλλα παρόμοιας φύσης προγράμματα.

ΔιαθέσιμοςΓια: Παράθυρα | OS X | Linux

Το πρόγραμμα VUE Pioneer θα σας βοηθήσει να δημιουργήσετε ένα τρισδιάστατο μοντέλο για την οπτικοποίηση του τοπίου. Το λογισμικό μπορεί να είναι χρήσιμο για προχωρημένους χρήστες που αναζητούν εύχρηστα εργαλεία απόδοσης. Η Pioneer σάς επιτρέπει να δημιουργείτε εκπληκτικά 3D τοπία με μεγάλο αριθμό προεπιλογών και παρέχει άμεση πρόσβαση στο περιεχόμενο 3D της Cornucopia. Χρησιμοποιώντας το πρόγραμμα μπορείτε να δημιουργήσετε πολλά εφέ φωτισμού.

ΔιαθέσιμοςΓια: Παράθυρα | OS X

Το Netfabb δεν είναι μόνο ένα πρόγραμμα για την προβολή διαδραστικών τρισδιάστατων σκηνών, αλλά μπορεί να χρησιμοποιηθεί για ανάλυση, επεξεργασία και τροποποίηση τρισδιάστατων μοντέλων. Το πρόγραμμα υποστηρίζει τρισδιάστατη εκτύπωση και είναι το πιο ελαφρύ και απλό εργαλείο από άποψη εγκατάστασης και χρήσης.

ΔιαθέσιμοςΓια: Παράθυρα | OS X | Linux

Το δωρεάν πρόγραμμα NaroCad είναι ένα πλήρες και επεκτάσιμο σύστημα σχεδιασμού με τη βοήθεια υπολογιστή που βασίζεται στην τεχνολογία OpenCascade και τρέχει σε πλατφόρμες Windows και Linux. Το πρόγραμμα διαθέτει όλες τις απαραίτητες λειτουργίες και υποστηρίζει βασικές και προηγμένες λειτουργίες τρισδιάστατης μοντελοποίησης. Οι λειτουργίες του προγράμματος μπορούν να επεκταθούν χρησιμοποιώντας πρόσθετα και μια διεπαφή λογισμικού.

ΔιαθέσιμοςΓια: Παράθυρα | Linux

Το LEGO Digital Designer σάς επιτρέπει να κατασκευάζετε τρισδιάστατα μοντέλα χρησιμοποιώντας εικονικά τουβλάκια LEGO. Το αποτέλεσμα μπορεί να εξαχθεί σε διάφορες μορφές και να συνεχιστεί η εργασία σε άλλους 3D επεξεργαστές.

ΔιαθέσιμοςΓια: Παράθυρα | OS X

Το δωρεάν πρόγραμμα ZCAD μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία 2D και 3D σχεδίων. Το πρόγραμμα επεξεργασίας υποστηρίζει διάφορες πλατφόρμες και παρέχει μεγάλες γωνίες θέασης. Η παρουσία πολλών βολικών εργαλείων σάς επιτρέπει να επιλύετε τα περισσότερα προβλήματα που σχετίζονται με τη μοντελοποίηση τρισδιάστατων αντικειμένων. Η διεπαφή χρήστη του προγράμματος είναι απλή και διαισθητική, γεγονός που διευκολύνει πολύ τη διαδικασία σχεδίασης. Το ολοκληρωμένο έργο μπορεί να αποθηκευτεί σε μορφή AutoCAD και σε άλλες δημοφιλείς μορφές 3D.

ΔιαθέσιμοςΓια: Παράθυρα | Linux

Η δωρεάν έκδοση του Houdini FX, Houdini Apprentice, είναι χρήσιμη για φοιτητές, καλλιτέχνες και χομπίστες που δημιουργούν μη εμπορικά έργα τρισδιάστατων μοντέλων. Το πρόγραμμα έχει μια κάπως απογυμνωμένη, αλλά ταυτόχρονα αρκετά ευρεία λειτουργικότητα και μια προσεκτικά μελετημένη διεπαφή χρήστη. Τα μειονεκτήματα της δωρεάν έκδοσης περιλαμβάνουν ένα υδατογράφημα που εμφανίζεται στην τρισδιάστατη απεικόνιση.

ΔιαθέσιμοςΓια: Παράθυρα | OS X | Linux

Η εφαρμογή φύλλου εργασίας σχεδίασης σάς επιτρέπει να δημιουργείτε αρκετά λεπτομερή τρισδιάστατα μοντέλα. Οι δημιουργοί του προγράμματος φρόντισαν για λειτουργίες που σας επιτρέπουν να εξαλείψετε προβληματικές περιοχές μέσω αλλαγών και προσθηκών στον υπάρχοντα σχεδιασμό. Το DesignSpark μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για να αλλάξει γρήγορα την έννοια ενός 3D προϊόντος. Το πρόγραμμα υποστηρίζει τεχνικές άμεσης μοντελοποίησης και τρισδιάστατη εκτύπωση μοντέλων.

ΔιαθέσιμοςΓια: Windows

Το FreeCAD είναι ένας παραμετρικός τρισδιάστατος μοντελιστής σχεδιασμένος να δημιουργεί πραγματικά αντικείμενα οποιουδήποτε μεγέθους. Ο χρήστης μπορεί εύκολα να αλλάξει τη σχεδίαση χρησιμοποιώντας το ιστορικό του μοντέλου και αλλάζοντας μεμονωμένες παραμέτρους. Το πρόγραμμα είναι πολλαπλών πλατφορμών και μπορεί να διαβάζει και να γράφει διάφορες μορφές αρχείων. Το FreeCAD σάς επιτρέπει να δημιουργήσετε τις δικές σας μονάδες και στη συνέχεια να τις χρησιμοποιήσετε σε περαιτέρω εργασία.

ΔιαθέσιμοςΓια: Παράθυρα | OS X | Linux

Το δωρεάν πρόγραμμα Sculptris θα ανοίξει ένα παράθυρο στον συναρπαστικό κόσμο του 3D για τους χρήστες. Το Sculptris διαθέτει βολική πλοήγηση και ευκολία στη χρήση. Το πρόγραμμα μπορεί εύκολα να κατακτηθεί ακόμα και από έναν αρχάριο που δεν έχει εμπειρία στην ψηφιακή τέχνη ή το 3D modeling. Η διαδικασία εργασίας έχει σχεδιαστεί με τέτοιο τρόπο ώστε να μπορείτε να ξεχάσετε τη γεωμετρία και απλά να δημιουργήσετε ένα μοντέλο, ενώ χρησιμοποιείτε προσεκτικά τους πόρους του υπολογιστή.

Διαθέσιμο για:Παράθυρα | Linux

Το MeshMagic μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την απόδοση αρχείων 3D, καθώς και για τη δημιουργία 2D αντικειμένων ή τη μετατροπή τους σε 3D. Το λογισμικό έχει μια διαισθητική διεπαφή και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την επίλυση μεγάλης ποικιλίας προβλημάτων. Το Mesh Magic προς το παρόν υποστηρίζει μόνο Windows. Το αποτέλεσμα αποθηκεύεται στη δημοφιλή μορφή STL, η οποία μπορεί να ανοίξει και να επεξεργαστεί στα περισσότερα διαδικτυακά και εκτός σύνδεσης εργαλεία τρισδιάστατης μοντελοποίησης.

ΔιαθέσιμοςΓια: Windows

Το Open Cascade είναι ένα κιτ ανάπτυξης λογισμικού που έχει σχεδιαστεί για τη δημιουργία εφαρμογών που σχετίζονται με 3D CAD. Περιλαμβάνει προσαρμοσμένες, ανεπτυγμένες από την κοινότητα βιβλιοθήκες κλάσης C++ που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για μοντελοποίηση, οπτικοποίηση και επικοινωνία δεδομένων και για ταχεία ανάπτυξη εφαρμογών.

ΔιαθέσιμοςΓια: Παράθυρα | OS X | Linux

Σκοπός της εργασίας:Εξερευνήστε το πακέτο επέκτασης SimMechanics Simulink για μοντελοποίηση μηχανικών συστημάτων. Κατακτήστε τις βασικές αρχές δημιουργίας μοντέλων μηχανικών συστημάτων.

Θεωρητικό μέρος:

Κατά κανόνα, η μοντελοποίηση αντικειμένων, εκτός από καθαρά επιστημονικούς σκοπούς, μπορεί να έχει και εφαρμοσμένη σημασία. Για το σχεδιασμό και την ανάλυση μηχανικών συστημάτων (για παράδειγμα, διάφορες κινηματικές αλυσίδες), έχει αναπτυχθεί από καιρό μια ειδική φυσική και μαθηματική συσκευή.

Το SimMechanics είναι ένα πακέτο επέκτασης για το σύστημα Simulink για Φυσική Μοντελοποίηση. Στόχος του είναι ο τεχνικός σχεδιασμός και μοντελοποίηση μηχανολογικών συστημάτων (στα πλαίσια των νόμων της θεωρητικής μηχανικής). Το SimMechanics σάς επιτρέπει να προσομοιώνετε μεταφορική και περιστροφική κίνηση σε τρία επίπεδα. Το SimMechanics περιέχει ένα σύνολο εργαλείων για τον καθορισμό παραμέτρων ζεύξης (μάζα, ροπές αδράνειας, γεωμετρικές παραμέτρους), κινηματικούς περιορισμούς, τοπικά συστήματα συντεταγμένων, μεθόδους προσδιορισμού και μέτρησης κινήσεων. Το SimMechanics σάς επιτρέπει να δημιουργείτε μοντέλα μηχανικών συστημάτων με τον ίδιο τρόπο όπως άλλα μοντέλα Simulink με τη μορφή μπλοκ διαγραμμάτων. Τα ενσωματωμένα πρόσθετα εργαλεία οπτικοποίησης Simulink σάς επιτρέπουν να αποκτάτε απλοποιημένες εικόνες τρισδιάστατων μηχανισμών, στατικών και δυναμικών.

Οποιοσδήποτε μηχανισμός μπορεί να αναπαρασταθεί ως ένα σύνολο συνδέσμων και διεπαφών. Για παράδειγμα, ένα φυσικό εκκρεμές σύνδεσης ήχου (βλ. Εικ. 1) είναι μια σειριακή σύνδεση των ακόλουθων στοιχείων:

• σταθερή σύνδεση (γείωση)?
• μια αρθρωτή άρθρωση (που δίνει στον 1ο σύνδεσμο έναν βαθμό ελευθερίας να περιστρέφεται γύρω από τον άξονα z).
• ο πρώτος σύνδεσμος (ο σύνδεσμος αναπαρίσταται ως ένα απόλυτο άκαμπτο σώμα).
• σύνδεση άρθρωσης μεταξύ του 1ου και του 2ου συνδέσμου (περιορίζει τους βαθμούς ελευθερίας του 2ου συνδέσμου, αφήνοντας μόνο την περιστροφή στο επίπεδο xy);
• δεύτερος σύνδεσμος.

Ρύζι. 1 - Μοντέλο φυσικού εκκρεμούς δύο συνδέσμων

Το μοντέλο Simulink ενός τέτοιου μηχανισμού είναι κατασκευασμένο με παρόμοια σειρά (βλ. Εικ. 2). Το αρχικό στοιχείο του μοντέλου είναι ο σύνδεσμος εδάφους. Ένα στοιχείο είναι συνδεδεμένο σε αυτό - Revolute (δηλαδή ένα mate που επιτρέπει στον επόμενο σύνδεσμο να περιστρέφεται μόνο γύρω από τον καθορισμένο άξονα - z). Στη συνέχεια έρχεται ο σύνδεσμος του φυσικού εκκρεμούς Σώματος. Ως παράμετροι αυτού του συνδέσμου, είναι απαραίτητο να υποδειχθεί η μάζα του σώματος, οι ροπές αδράνειας σε σχέση με τους κύριους κεντρικούς άξονες συμμετρίας, καθώς και οι συντεταγμένες του άνω, κάτω άκρου του συνδέσμου και του κέντρου μάζας του. Σε αυτήν την περίπτωση, οι συντεταγμένες μπορούν να καθοριστούν τόσο στο παγκόσμιο σύστημα συντεταγμένων (GCS) όσο και στο τοπικό σύστημα συντεταγμένων (LCS) του συνδέσμου.

Ομοίως, ένας δεύτερος σύνδεσμος, το σώμα 1, συνδέεται με τον πρώτο σύνδεσμο μέσω της άρθρωσης του Revolute 1.

Για να αρχίσουν να κινούνται οι σύνδεσμοι του σχεδιασμένου μηχανισμού, είναι απαραίτητο είτε να προσθέσετε μια κινητήρια δύναμη είτε να ορίσετε αρχικές συνθήκες (για παράδειγμα, αρχική εκτροπή ή να υποδείξετε την αρχική ταχύτητα). Για την υλοποίηση του τελευταίου, χρησιμοποιείται το μπλοκ αρχικής κατάστασης.

Ρύζι. 2, α

Ρύζι. 2, β

Ρύζι. 2 - Μοντέλο Simulink ενός φυσικού εκκρεμούς δύο συνδέσμων (α) και ενός μοντέλου προσομοίωσης κίνησης (β)

Το μοντέλο προσομοίωσης εμφανίζει συνδέσμους που ταλαντώνονται σύμφωνα με τους νόμους της κλασικής μηχανικής (φυσική στερεάς κατάστασης). Εκεί εμφανίζονται επίσης τα τοπικά συστήματα συντεταγμένων (LCS) των συνδέσμων.

Το ζήτημα της επιλογής ενός ή άλλου συστήματος συντεταγμένων (CS) είναι πολύ σημαντικό. Η σωστή επιλογή του SC διευκολύνει πολύ τη μοντελοποίηση του μηχανισμού και την ερμηνεία των αποτελεσμάτων.

Κατά τη μοντελοποίηση αυτού του μηχανισμού, χρησιμοποιήθηκαν τα ακόλουθα SC (Εικ. 3).

Το σταθερό παγκόσμιο σύστημα συντεταγμένων GSK Global βρίσκεται στο σημείο τομής του σταθερού συνδέσμου με τον άνω σύνδεσμο (γόνατο εκκρεμούς). Μπορείτε να ορίσετε τις συντεταγμένες των σημείων του άνω συνδέσμου του εκκρεμούς με διάφορους τρόπους, συμπεριλαμβανομένης της απλής λίστας των τιμών τους στο GSK. Ωστόσο, αυτό δεν είναι πάντα βολικό.

Το άνω άκρο του πρώτου συνδέσμου συνδυάζεται με τον ακίνητο σύνδεσμο και επομένως οι συντεταγμένες του συμπίπτουν με την αρχή του GSK. Οι συντεταγμένες του είναι πραγματικά εύκολο να οριστούν ως Καθολικές. Αφήστε τον σύνδεσμο να έχει μήκος μεγάλοκαι συμμετρία ως προς το GCOI. Είναι βολικό να ορίσετε τη θέση του κέντρου μάζας (CM) του συνδέσμου όχι στο GSK, αλλά στο νεοδημιουργημένο LCS, όπου η αρχή των συντεταγμένων είναι το πάνω άκρο του συνδέσμου, δηλ. στο LSK CS1. Στη συνέχεια, οι συντεταγμένες του CM μπορούν να καθοριστούν ως CS1. Ομοίως, το κάτω άκρο του συνδέσμου μπορεί να καθοριστεί στο LCS CS1.

Παρά το γεγονός ότι η αρχή του LCS CS1 συμπίπτει με την έναρξη του Global GCS, θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι το LCS CS1 ανήκει στον άνω σύνδεσμο, πράγμα που σημαίνει ότι μπορεί να περιστρέφεται σε σχέση με το Καθολικό σημείο. Το παγκόσμιο σύστημα συντεταγμένων GSK Global είναι πάντα ακίνητο. Η αρχή του μπορεί να μην συμπίπτει με το σημείο ζευγαρώματος του σταθερού συνδέσμου (ειδικά όταν υπάρχουν αρκετοί σταθεροί σύνδεσμοι στον μηχανισμό).

Ρύζι. 3 - Συστήματα συντεταγμένων ενός φυσικού εκκρεμούς δύο συνδέσμων

Εκτός από την οπτική παρατήρηση ελεύθερου (όταν καθορίζονται οι αρχικές συνθήκες) ή εξαναγκασμένης (όταν εφαρμόζεται εξωτερική δύναμη), μπορείτε να αναλύσετε τους νόμους κίνησης οποιουδήποτε σημείου του μηχανισμού. Για να το κάνετε αυτό, όταν καθορίζετε τις συντεταγμένες των συνδέσμων, πρέπει να καθορίσετε τις συντεταγμένες του σημείου ενδιαφέροντος και να συνδέσετε ένα μπλοκ αισθητήρα στην έξοδο του αντίστοιχου μπλοκ Simulink.

Οι αισθητήρες μπορούν να καταγράφουν τόσο γωνιακούς όσο και γραμμικούς κραδασμούς, καθώς και κίνηση, ταχύτητα και επιτάχυνση. Η έξοδος από τον αισθητήρα δρομολογείται συνήθως στο μπλοκ παλμογράφου Scope (βλ. Εικόνα 4).

Ρύζι. 4, α

Ρύζι. 4, β

Ρύζι. 4 - Μοντέλο ενός φυσικού εκκρεμούς δύο συνδέσμων (α) για τη μελέτη των νόμων κίνησης των συνδέσμων του (β)

Εντολή εργασίας: Ερωτήσεις ασφαλείας:

1. Βιβλιοθήκες του πακέτου SimMechanics.
2. Χαρακτηριστικά προσομοίωσης μοντελοποίησης κινηματικών μηχανισμών στο Simulink.
3. Παγκόσμια και τοπικά συστήματα συντεταγμένων μηχανισμών.
4. Θέτοντας τους νόμους της κίνησης για τους συνδέσμους των μηχανισμών και τη μελέτη τους.

Περιεχόμενα της έκθεσης:

Η αναφορά προόδου πρέπει να περιέχει τις ακόλουθες πληροφορίες.

1. Το όνομα της εργαστηριακής εργασίας και ο σκοπός της.
2. Σύντομο θεωρητικό υπόβαθρο μοντελοποίησης μηχανικών συστημάτων.
3. Το τελικό μοντέλο του μηχανισμού στροφάλου.
4. Γραφήματα κίνησης συνδέσμων ή συντρόφων.
5. Μοντέλο προσομοίωσης του μηχανισμού που φαίνεται στο Σχ. 10.

Λογοτεχνία:

1. Artobolevsky I.I. Θεωρία μηχανισμών. Μ.: Nauka, 1965. - 776 p.
2. Dyakonov V.P. MATLAB 6/6.1/6.5 + Simulink 4/5 στα μαθηματικά και τη μοντελοποίηση. Πλήρες εγχειρίδιο χρήσης. Μ.: ΣΟΛΩΝ-Τύπος. - 2003. - 576 σελ.
3. Υλικό που παρουσιάζεται στον ιστότοπο www.exponenta.ru
4. Σύστημα βοήθειας MATLAB

1 Αν και η φυσική μοντελοποίηση (με την παραδοσιακή έννοια) συνεπάγεται τη δημιουργία κάποιου φυσικού αναλόγου - ενός μοντέλου ενός αντικειμένου, με την ανάπτυξη της τεχνολογίας των υπολογιστών αυτή η ιδέα αλλάζει κάπως. Ταυτόχρονα, η φυσική μοντελοποίηση νοείται ως μια συμβίωση της μαθηματικής μοντελοποίησης και του σχεδιασμού ενός αντικειμένου που υπακούει σε βασικές φυσικές αρχές (για παράδειγμα, τους νόμους της κλασικής μηχανικής).

2 Αυτή η δήλωση ισχύει μάλλον το αντίστροφο, δηλ. Το GSK δεν βρίσκεται στο σημείο ζευγαρώματος του σταθερού συνδέσμου, αλλά ο σταθερός σύνδεσμος βρίσκεται στο GSK στο Παγκόσμιο σημείο.

Θα πρέπει να σημειωθεί ότι για κάθε έργο σας στην εφαρμογή " Προσομοίωση κινηματικών μηχανισμών»συνιστάται να σχηματιστεί εκ των προτέρων ξεχωριστό κατάλογο.Στη συνέχεια, μέσα σε αυτόν τον κατάλογο, καθώς προχωρά η ανάλυση, θα σχηματιστεί ένας άλλος βοηθητικός κατάλογος - ο λεγόμενος Φάκελος προσομοίωσης(Εικ. 4).

Μέσα σε αυτόν τον φάκελο προσομοίωσης, το σύστημα θα τοποθετήσει πολλά βοηθητικά αρχεία κατά την ανάλυση (Εικ. 5). Γενικά, ολόκληρο το έργο πρέπει να αποθηκευτεί σε ξεχωριστό κατάλογο. Στην αρχή του έργου θα πρέπει να χτίσετεστατικός συναρμολόγηση του μελλοντικού μηχανισμού. Δηλαδή, όλα τα μέρη του μελλοντικού μηχανισμού θα πρέπει να βρίσκονται το ένα σε σχέση με το άλλο όπως συμβαίνει σε έναν πραγματικό μηχανισμό (Εικ. 2). Σε αυτή την περίπτωση, φυσικά, θα πρέπει πρώτα να εφαρμόσετε όλες τις λεπτομέρειεςπεριορισμοί κατασκευής

(Εικ. 6). Μετά την κατασκευή ενός στατικού συγκροτήματος, πρέπει να φροντίσετε να αποθηκεύσετε το ενσωματωμένο συγκρότημα με τον συνηθισμένο τρόπο.Αυτό θα είναι δικό μας

πρώτη διατήρηση

!! Αργότερα, θα πραγματοποιήσουμε μια δεύτερη αποθήκευση.Δύο τρόποι λειτουργίας κατά την ανάλυση Μετά την κατασκευή και αποθήκευση της στατικής διάταξης, θα πρέπειγια πρώτη φορά

εναλλαγή από λειτουργία (από εφαρμογή)

• Πρίπλασμα Μετά την κατασκευή και αποθήκευση της στατικής διάταξης, θα πρέπει

  Πρίπλασμα σε λειτουργία (σε εφαρμογή)

Ταυτόχρονα, πρέπει να κατανοήσετε σαφώς ότι στη διαδικασία της ανάλυσής μας μπορείτε, ανάλογα με τις ανάγκες, να είστε εναλλάξ:

Και σε λειτουργία Προσομοίωση κινηματικών μηχανισμώνΔηλαδή, κατά τη διάρκεια της εργασίας σας θα μπορείτε να αλλάζετε επανειλημμένα και να επιστρέφετε από τη μια λειτουργία στην άλλη.

Μόλις είστε σε λειτουργία Μετά την κατασκευή και αποθήκευση της στατικής διάταξης, θα πρέπειΠροσομοίωση κινηματικών μηχανισμών , θα παρατηρήσετε αμέσως τις νέες γραμμές εργαλείων (Εικ. 7).

Θα εξετάσουμε πολλές από τις εντολές σε αυτούς τους πίνακες με περισσότερες λεπτομέρειες αργότερα, αλλά προς το παρόν απλώς παρατηρήστε πώς διαφέρουν οι γραμμές εργαλείων στις λειτουργίες.

Και Προσομοίωση κινηματικών μηχανισμών. Μετατροπή περιορισμών συναρμολόγησης σε κινηματικά ζεύγη Πιθανότατα θυμάστε ότι στην κινηματική, μεμονωμένα μέρη ενός μηχανισμού συνδέονται μεταξύ τους χρησιμοποιώντας κινηματικά ζεύγη , ήσυνδέσεις

τύπος: περιστροφικός σύνδεσμος, κυλινδρικός σύνδεσμος, σφαιρικός σύνδεσμος, ολισθητήραςκαι τα λοιπά. Επομένως, αφού μεταβείτε στη λειτουργίαΠροσομοίωση κινηματικών μηχανισμών, θα πρέπει να μετατρέψετε τα υπάρχονταπεριορισμοί στατικής κατασκευής V. κινηματικά ζεύγη , ή διαβιβάσεις

Εάν κάποια στιγμή δεν δημιουργήσατε περιορισμούς συναρμολόγησης, τότε τώρα κινηματικά ζεύγηΠροσομοίωση κινηματικών μηχανισμών, θα πρέπει να μετατρέψετε τα υπάρχονταεκτελούνται αυτόματα ή χειροκίνητα. Στα πρώτα απλά παραδείγματα θα εκτελέσουμε αυτή τη μετατροπή χειροκίνητα.

Αλλά σε μια κατάσταση όπου υπάρχουν πολλοί περιορισμοί συναρμολόγησης (50 τεμάχια ή περισσότερα, Εικ. 8), μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε την αυτόματη μετατροπή. Είναι αλήθεια, τότε θα πρέπει να ελέγξετε ξανά κάποια κινηματικά ζεύγη!
Αναρτήσεις που περιγράφουν την εργασία με άλλα υποσυστήματα, σύμφωνα με τον κύκλο ζωής του συστήματος:
2. ;
3. ;
4. .

1. αυτή τη θέση?
===

Για τη δημιουργία αυτού του υλικού χρησιμοποιήθηκε η έκδοση περιβάλλοντος MATLAB 2013b.

Η ενότητα «εκπαιδευτικό εκπαιδευτικό πρόγραμμα» υπάρχει εδώ και αρκετό καιρό. Και, παρά το γεγονός ότι οι αναρτήσεις στο Habré λαμβάνουν πολύ περισσότερες προβολές (και υπάρχουν ακόμη και άνθρωποι που ενδιαφέρονται τόσο πολύ που σχολιάζουν και διευκρινίζουν), θα συνεχίσω να δημοσιεύω τις σημειώσεις μου εδώ.

Επιτρέψτε μου να σας υπενθυμίσω ότι τα «εκπαιδευτικά προγράμματα» αφορούν το πώς να κάνετε κάτι στο MATLAB/Simulink. Οι προηγούμενες δημοσιεύσεις (διαθέσιμες στο ) ήταν πραγματικά εκπαιδευτικές, αλλά δεν έγιναν τόσο πολλά με τα χέρια όσο θα ήθελα. Θα το φτιάξω αυτό.
Σε αυτή την ανάρτηση θα μάθουμε πώς να δημιουργήσουμε ένα μηχανικό μοντέλο ενός αεροπλάνου. Στο τέλος της ανάρτησης μπορείτε να βρείτε ένα βίντεο που δείχνει όλα όσα συζητούνται στην ανάρτηση. Η ίδια η ανάρτηση είναι κατάλληλη ως οδηγία δράσης: χρησιμοποιώντας την, μπορείτε να επαναλάβετε αργά όλα όσα λέγονται στο βίντεο. Για να το κάνετε αυτό θα χρειαστείτε τα ακόλουθα υλικά:
- μοντέλο αεροπλάνου στη SimMechanics.

Συνιστώ να ελέγξετε την ανάρτηση.

Το προσομοιωμένο σύστημα φαίνεται όπως φαίνεται στο Σχ. 1.

Ρύζι. 1. Μοντελοποιημένο σύστημα.

Το πτερύγιο πρέπει να περιστρέφεται υπό μια ορισμένη γωνία. Για να περιστρέψετε το πτερύγιο, μια μηχανική σύνδεση μπορεί να συμπιεστεί και να επεκταθεί. Το σύστημα πρέπει να περιστρέφεται περίπου δύο σημεία για να είναι δυνατή μια τέτοια κίνηση. Σχεδιάζουμε να δημιουργήσουμε ένα μοντέλο ενός μηχανικού συστήματος στο Simulink χρησιμοποιώντας το προϊόν SimMechanics.

Το μοντέλο που θέλουμε να δημιουργήσουμε φαίνεται στο Σχ. 2.

Ως αποτέλεσμα της εργασίας, θα πρέπει να λάβουμε μια τρισδιάστατη κινούμενη εικόνα της κίνησης του αεροπλάνου κατά μήκος της επιθυμητής τροχιάς.

Το SimMechanics βρίσκεται στην ενότητα Simscape της βιβλιοθήκης μπλοκ Simulink.

Θα δημιουργήσουμε ξανά το μοντέλο, ξεκινώντας με ένα κενό παράθυρο Simulink. Πρώτα, πρέπει να ορίσω τη βαρύτητα.

Στο μπλοκ Διαμόρφωση Μηχανισμού, θα ορίσω το διάνυσμα βαρύτητας προς τον άξονα Υ."

Μετά από αυτό, πρέπει να προσδιορίσετε το σημείο στο χώρο στο οποίο θα συνδεθεί ένα από τα άκρα του κυλίνδρου του aileron.

Το μπλοκ World Frame είναι χρήσιμο για αυτό.

Για να περιγράψουμε τον κύλινδρο, τη ράβδο και άλλα εξαρτήματα, χρησιμοποιούμε μια βιβλιοθήκη προ-δημιουργημένων και παραμετροποιημένων στοιχείων.

Το μπλοκ που περιγράφει τον κύλινδρο δημιουργείται από βασικά μπλοκ SimMechanics. Μπορούμε να ορίσουμε σημεία σύνδεσης, γεωμετρικό σχήμα και να ορίσουμε το σχήμα του σώματος στο MATLAB. Το σωματικό βάρος και οι οπτικές ιδιότητες καθορίζονται επίσης εδώ.

Η SimMechanics χρησιμοποιεί πιο πολύπλοκη τεχνολογία προσομοίωσης από την κανονική Simulink. Για πρόσβαση στις απαραίτητες ρυθμίσεις, χρησιμοποιώ το μπλοκ Διαμόρφωση επίλυσης.

Ας ενημερώσουμε το διάγραμμα και ας εκτελέσουμε το μοντέλο. Μπορεί να φανεί ότι ο κύλινδρος ταλαντεύεται σαν μαθηματικό εκκρεμές. (Σύνδεσμος με βίντεο από τη στιγμή που εμφανίζεται).

Τώρα ας προσθέσουμε μια ράβδο με ένα έμβολο στο μοντέλο. Η ράβδος κινείται μεταφορικά σε σχέση με τον κύλινδρο. Για να προσδιορίσω αυτόν τον βαθμό ελευθερίας χρησιμοποιώ την Prismatic Joint.

Το aileron περιστρέφεται σε σχέση με τη ράβδο. Ας προσθέσουμε ένα μπλοκ που περιγράφει το aileron. Ας αντιγράψουμε το μπλοκ Revolute Joint για να ορίσουμε έναν άλλο βαθμό ελευθερίας του συστήματος. Ας συνδέσουμε αυτά τα μπλοκ.

Για τον καθορισμό του σχήματος του αεροπλάνου, χρησιμοποιείται η μέθοδος General Extrusion (η αρχή της περιγραφής του μοντέλου θυμίζει την τεχνολογική διαδικασία της εξώθησης· περιγράφεται λεπτομερώς στην τεκμηρίωση SimMechanics). Μπορείτε να δείτε πώς μοιάζουν τα δεδομένα του MATLAB που περιγράφουν το σχήμα του αεροπλάνου. Αυτά τα δεδομένα χρησιμοποιούνται για να περιγράψουν το σχήμα στην περίπτωσή μας.

Είναι γνωστό ότι το aileron περιστρέφεται σε σχέση με ένα σταθερό σημείο στο χώρο. Για να ορίσω αυτόν τον βαθμό ελευθερίας, χρησιμοποιώ ξανά το μπλοκ Refolute Joint. Για να ορίσω το σημείο στο οποίο γίνεται η περιστροφή, χρησιμοποιώ ένα μπλοκ Rigid Transform. Αυτός ο μετασχηματισμός συντεταγμένων μας επιτρέπει να ορίσουμε τη σχέση μεταξύ του καθολικού συστήματος συντεταγμένων και του συστήματος συντεταγμένων που σχετίζεται με το σημείο γύρω από το οποίο περιστρέφεται το aileron.

Ας ενημερώσουμε το διάγραμμα. Μπορείτε να δείτε (σύνδεσμος με τη στιγμή στο βίντεο όπου μπορείτε να το δείτε) τα τρία στοιχεία που μόλις ορίσαμε. Έχοντας εκτελέσει το μοντέλο, θα παρατηρήσουμε ότι το aileron ξανά ταλαντεύεται σαν εκκρεμές. Μπορεί να φανεί ότι το aileron κάνει μία ταλάντωση. Μπορείτε να το δείτε από διαφορετική οπτική γωνία. Μπορείτε επίσης να αλλάξετε, για παράδειγμα, το χρώμα φόντου του κινούμενου σχεδίου για να το κάνετε πιο οπτικό.

Λοιπόν τώρα έχουμε ένα μηχανικό μοντέλο του aileron. Θα ήταν χρήσιμο να παρατηρήσετε την απόκριση του συστήματος, για παράδειγμα, στους εικονικούς παλμογράφους Simulink. Για να παρατηρήσετε τη γωνία με την οποία εκτρέπεται το aileron, ανοίξτε τις παραμέτρους του μπλοκ σύνδεσης και ενεργοποιήστε το στοιχείο θέσης (θέση είναι αυτό που θέλουμε να παρατηρήσουμε). Τώρα το μπλοκ έχει μια πρόσθετη θύρα - μια έξοδο στην οποία παρέχεται η γωνία εκτροπής του αεροπλάνου. Πρέπει να μετατρέψετε αυτό το φυσικό σήμα σε κανονικό σήμα Simulink για να το εμφανίσετε σε έναν εικονικό παλμογράφο Simulink.

Ας ορίσουμε τη μονάδα μέτρησης - μοίρες. Ας επιστρέψουμε στη βιβλιοθήκη Simulink, βρούμε την ενότητα Sinks, επιλέξτε το μπλοκ εικονικού παλμογράφου (Scope) και τοποθετήστε το στο μοντέλο.