Matlab与adams联合仿真仿真结果动画的保存与后处理

1、Matlab与adams联合仿真实例本实例以matlab为外部控制程序，使用PID算法控制偏心杆的摆动，使偏心杆平衡到指定位置。1. 在adams/view中建立偏心杆模型图1 偏心杆模型1) 新建模型如图所示，将Units设置为MMKS。设置自己的Working Directory，这里设置为C:adamsexercise。点击OK按钮。图2 新建模型对话框2) 创建连杆设置连杆参数为Length=400,Width=20,Depth=20,创建如图所示的连杆。图3 创建连杆3) 创建转动幅在连杆质心MARKER点处创建转动幅，旋转副的参数设置为1Location和Normal To gri

2、d将连杆与大地相连。图4 创建转动幅4) 创建球体球体选项设置为Add to part，半径设置为20，单击连杆右侧Marker点，将球体添加到连杆上图5 创建球体5) 创建单分量力矩单击ForcesCreate a Torque(Single Component)Applied Forces，设置为Space Fixed，Normal to Grid，将Characteristic设置为Constant，勾选Torque并输入0，单击连杆，再点击连杆左侧的Marker点，在连杆上创建一个单分量力矩。图6 创建单分量力矩2. 模型参数设置1) 创建状态变量图7 新建状态变量点击图上所示得按钮，

3、弹出创建状态变量对话框，创建输入状态变量Torque，将Name修改为.MODEL_1.Torque。图8 新建输入状态变量Torque再分别创建状态变量Angel和Velocity（后面所设计控制系统为角度PID控制，反馈变量为Angel，Velocity为Angel对时间求导，不需要变量Velocity，这里设置Velocity是为了展示多个变量的创建）。设置Angel的函数AZ(MARKER_3,MARKER_4)*180/PI，Velocity的函数为WZ(MARKER_3,MARKER_4)*180/PI。（MARKER_3为连杆上的点，MARKER_4为地面上固定的点）AZ(MAR

4、KER_i,MARKER_j)表示MARKER_i绕MARKER_j的Z轴旋转的角度，WZ表示MARKER_i绕MARKER_j的Z轴旋转的角速度。图9 新建输出状态变量Angel、Velocity2) 将输入状态变量Torque与模型关联双击单分量力矩图标，弹出Modify Torque对话框，修改Function为VARVAL(.MODEL_1.Torque)，VARVAL是用于返回Torque的值。图10 将输入状态变量Torque与模型关联3) 指定输入输出变量点击 ，右键单击Variable Name右边的文本框，如图所示选择Torque。图11 指定输入变量图12 指定输入变量To

5、rque点击 ，分别两次右键单击Variable Name右边的文本框，分别选择Angel和Velocity。图13 指定输出变量图14 指定输出变量为Angel、Velocity4） 导出控制参数点击PluginsControlsPlant_Export。图15 导出控制参数点击From Pinput，选择PINPUT_1。图16 设置输入输出参数同样的方法，点击From Poutput选择POUTPUT_1。将Target Software设置为MATLAB。File Prefix设置为controls_PID，其他按照默认设置不做改动。图17 导出控制参数对话框3. 建立MATLAB控制

6、模型1) 导出ADAMS模型在MATLAB中的模块启动MATLAB，先将MATLAB的工作目录指向ADAMS的工作目录，方法是修改当前的工作目录为之前在ADAMS中新建模型时的工作目录，这里是C:adams。点击浏览文件夹选择文件夹C:adams。在命令窗口提示符下输入Controls_PID，也就是Controls_PID.m的文件名，再在命令提示符下输入adams_sys，弹出一个新窗口，这个窗口是MATLAB/Simulink的选择窗口其中S-Function方框表示ADAMS模型的非线性模型，即进行动力学计算的模型，State-Space表示ADAMS模型的线性化模型，在ADSMA_s

7、ub中包含有非线性方程，也包含许多有用的变量。图18 导出ADAMS在MATLAB中的模块图19 ADAMS在MATLAB中的模块2) 建立控制方案在MATLAB/Simulink选择窗口中，单击菜单filenewmodel或直接单击新建模型按钮 ，弹出新的Simulink窗口，单击工具栏中的保存按钮，将新窗口存盘为control_model.mdl(不能与.m文件同名)。将ADAMS_sub 方框拖拽到control_model窗口中，并搭建如图所示控制系统，此控制系统采用角度PID控制对偏心杆的角度进行控制。也可以采用其他的控制方案。图20 Simulink中PID控制图3) 设置MATL

8、AB与ADAMS之间的数据交换参数在control_model窗口中双击ADAMS_sub方框，在弹出的新的窗口中双击MSC Software,弹出数据交换参数设置对话框，将Adams Solver type设置为Fortran（如果设置为C+，ADAMS的构件不会运动，看不到动画效果。），将Interprocess设置为PIDE（DDE），如果不是在一台计算机上，选择TCP/IP，Animation mode设置成interactive，表示交互式计算，在计算过程中会自动启动ADAMS/View，以便观察仿真动画，如果设置成batch，则用批处理的形式，看不到仿真动画，将Simulation

9、 Mode设置为continuous，将Communication Interval输入框中输入0.005，表示每隔0.005s在MATLAB和ADAMS之间进行一次数据交换，若仿真过慢，可以适当改大该参数，其他使用默认设置即可。图21 数据交换参数设置对话框4) 仿真设置和仿真计算单击窗口中菜单SimulationModel Configuration Parameters，将Stop Time设置为20。Type设置为Variable-step，其他使用默认选项，单击0K按钮。单击开始按钮，开始仿真。（若出现错误，重启MATLAB即可。每次启动MATLAB都需要选择路径包含Controls

10、_PID.m、Controls_PID.cmd、Controls_PID.adm的文件夹，并输入Controls_PID（.m文件名）和adams_sys（ADAMS与MATLAB的接口命令）。仿真过程中将自动加载Adams/View窗口，并生成一个aviewAS.cmd的文件，如果你的Adams/View所设置的工作目录中含有此文件，那么启动软件时将不会出现欢迎界面，如果需要在启动时出现欢迎界面必须把此文件删除。4. 结果后处理在MATLAB示波器中，可以得到角度、角速度和力矩的曲线，Angel、Velocity、Torque的曲线如图所示。此模型初始受重力作用，产生转动，通过控制力矩地大小，最终角度、角速度、力矩都能达到稳定，角度达到预设值。控制框图的预设值为幅值为10的阶跃信号，即控制偏心杆的角度为100。观察角度的变化曲线发现大约在14s时，Angel的值达到预设值10，满足控制要求。图22 角度变化曲线图23 角速度变化曲线图21 角速度变化曲线图24 力矩变化曲线图25 Adams/Viwe中偏心杆在13.3450s时的状态。在原模型中导入联合仿真结果文件Controls_PID.res（注意Model Name