Matlab与adams联合仿真仿真结果动画的保存与后处理

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:\adams\exercise。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 grid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Forces>Create 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，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(MARKER_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、Velocity

2)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Torque

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、Velocity

4）导出控制参数

点击Plugins>Controls>Plant_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。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_sub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>model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MATLAB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 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Simulation>Model 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_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要选择原模型名），这样就可以在adams中进行后处理了。可以发现在模型树Results中多了一个Controls_PID的结果。对此结果可以使用adams的后处理模块Postprocessor进行后处理。

图26 导入联合仿真结果文件