patran建模
一、求解下列板静力问题：厚度为t=1cm,R5=2cm左下角点约束为x， y，左边各点的约束为x板；载荷下图所示。（40分）。（注：要求给出求解步骤及网格图，应力云图、位移云图等结果）
建模过程：
一：建立solid 正方体
二：建立solid 圆柱体
三：对建立的两solid进行布尔subtract运算成如下模型
四：对solid进行网格划分，采用的是自动划分
五：对模型加上边界位移条件
六：对模型加上边界应力条件
七：利用ＮＡＳＴＲＡＮ进行力学分析
Constraint forces, translational
Displacements, translational
Stress tensor
二、一个直角支架结构，受静载荷作用。支架上面左方的孔是被沿圆周完全固定的，压力施加在支架右侧，大小为50psi （磅/平方英寸）。已知：支架两端的半圆直径为2mm，支架厚度为1mm，小孔半径为1mm，支架拐角是半径为0.5mm的小圆弧，支架材料的弹性模量为2.1×1011Pa，泊松比为0.3。（60分）（注：要求给出求解步骤及网格图，应力云图、位移云图等结果）
6mm
2mm
4mm
2mm
建模过程：
一：按图中尺寸建立两个长方体solid，两个圆柱体solid
二：对所建立的solid进行布尔并集运算得如图模型
三：再建立两个圆柱体solid如下图所示
进行布尔subtract运算得下图模型
四：再建立一个圆柱体和正方体solid来构建支架的弧形的拐角
接着对拐角处的圆柱体和正方体做subtract布尔运算得下模型
再对subtract所得模型与建立好的模型进行add布尔运算得最终模型
五：对模型进行网格划分
六：对模型加上应力边界条件
七：利用NASTRAN对模型进行力学分析
Constraint forces, translational
Displacements, translational
Stress tensor
一级倒立摆的建模与控制分析
控制工程与仿真课程设计报告 报告题目直线一级倒立摆建模、分析及控制器的设计 组员1专业、班级14自动化1 班姓名朱永远学号1405031009 组员1专业、班级14自动化1 班姓名王宪孺学号1405031011组员1专业、班级14自动化1 班姓名孙金红学号1405031013 报告评分标准 评分项目权重评价内容评价结果项目得分 内容70设计方案较合 理、正确，内容 较完整 70-50分 设计方案基本合 理、正确，内容 基本完整 50-30分 设计方案基本不 合理、正确，内 容不完整 0-30分 语言组织15语言较流顺，标 点符号较正确 10-15分语言基本通顺， 标点符号基本正 确 5-10分 语言不通顺，有 错别字，标点符 号混乱 5分以下 格式15 报告格式较正 确，排版较规范 美观 10-15分 报告格式基本正 确，排版不规范 5-10分 报告格式不正 确，排版混乱 5分以下总分
直线一级倒立摆建模、分析及控制器的设计 一状态空间模型的建立 1.1直线一级倒立摆的数学模型 图1.1 直线一级倒立摆系统 本文中倒立摆系统描述中涉及的符号、物理意义及相关数值如表1.1所示。
图1.2是系统中小车的受力分析图。其中，N 和P 为小车与摆杆相互作用力的水平和垂直方向的分量。 图1.2 系统中小车的受力分析图 图1.3是系统中摆杆的受力分析图。F s 是摆杆受到的水平方向的干扰力, F h 是摆杆受到的垂直方向的干扰力，合力是垂直方向夹角为α的干扰力F g 。
图1.3 摆杆受力分析图 分析小车水平方向所受的合力，可以得到以下方程： ()11- 设摆杆受到与垂直方向夹角为α 的干扰力Fg ，可分解为水平方向、垂直方向的干扰力，所产生的力矩可以等效为在摆杆顶端的水平干扰力FS 、垂直干扰力Fh 产生的力矩。 ()21- 对摆杆水平方向的受力进行分析可以得到下面等式： ()θsin 22 l x dt d m F N S +=- ()31- 即： αθθθθsin sin cos 2f F ml ml x m N +-+= ()41- 对图1.3摆杆垂直方向上的合力进行分析，可以得到下面方程： ()θcos 22 l l dt d m F mg P h -=++- ()51- 即 θθθθ αcos sin cos 2 ml ml F mg P g +=++- ()61- 力矩平衡方程如下： 0cos sin sin cos cos sin =++++θθθθαθα I Nl Pl l F l F g g ()71- 代入P 和N ，得到方程： () 0cos 2sin sin 2cos sin cos 2cos sin 2222=+-++++θθθθθθθαθαx ml ml mgl ml I l F l F g g ()81- 设φπθ+=，（φ是摆杆杆与垂直向上方向之间的夹角，单位是弧度），代入上式。假设φ<<1，则可进行近似处理： φφφφφφφ===?? ? ??==2sin ,12cos ,0,sin ,1cos 2 dt d N x f F x M --= α sin g S F F =α cos g h F F =
patran入门实例13
patran入门实例13 与空间相关的物理特性 课程13.与空间相关 的物理特性 目的： ,把表示物理特性的变量写成空间坐标的函数。 136PATRAN 301 练习手册一R7. 5 与空间相关的物理特性 模型描述： 在本练习中，将生成中间带圆孔的圆板的一部分。山于模型的对称性，只建立45?的一小块板。还将生成关于空间变量的材料特性和物理特性。
wrfitcc 2 Aluminum surfacv I Steel H ---- 2.(r?I CT十 0.20 0.10 Radial Distance?『? 表 13-1 分析代码：MSC/NASTRAN 有限元网格 单元类型：四边形单元Quod4 总体边长：0.3英寸 材料常数描述:钢(Steel)铝(Aluminum)弹性模量,E(psi): 30E6 10E6泊松比,v ： 0. 30 0. 20 24 密度,P (lb-sec/in) : 0. 0007324 0. 0002588 137PATRAN 301 练习手册一R7.3 与空间相关的物理特性 建议的练习步骤： ,产生新的数据库，并命名为Circular^Plate. db。 ,把 Tolerance 设为 Default, Analysis Code 设为
MSC/NASTRANo ,按图13-1,生成一块圆板的45?儿何体。 ,参照表13-1,生成有限元网格。 ,生成一个圆柱坐标系，原点位于,0, 0, 0, o R轴、T轴、Z轴分别与总体坐标系的X轴、Y轴、Z轴一致。 ,在圆柱坐标系下，定义一个空间变量表达式，并命名为 Thickness_spatialo它表达模型的片度变化，通过绘制XY图来 校验。 ,用表13-1的数据，生成各向同性的钢和铝的材料特性。 ,检查每种材料类型的刚度矩阵C。ijkl ,用材料类型与单元两度生成模型的单元特性。并把单元特性定义分别命名为Prop_l 和 Prop_2o ,通过显示厚度比例图，来校验单元厚度的空间变量是否与模型相一致。 练习过程： 1.产生新的数据库，并命名为Circular_Plate. dbo File/New Database New Database Name Circular_Plate. db OK 2.在 New Model Preferences 框中，把 Tolerance 设为 Default, 设为 MSC/NASTRAN, Analysis Type 分析类型设为 Analysis Code Structural 138PATRAN 301 练习手册一R7. 5 与空间相关的物理特性 New Model Preference Tolerance Default Analysis Code: MSC/NASTRAN Analysis Type:
倒立摆姿态控制模型
倒立摆 倒立摆百度文库解释： 倒立摆系统的输入为小车的位移（即位置）和摆杆的倾斜角度期望值，计算机在每一个采样周期中采集来自传感器的小车与摆杆的实际位置信号，与期望值进行比较后，通过控制算法得到控制量，再经数模转换驱动直流电机实现倒立摆的实时控制。直流电机通过皮带带动小车在固定的轨道上运动，摆杆的一端安装在小车上，能以此点为轴心使摆杆能在垂直的平面上自由地摆动。作用力u平行于铁轨的方向作用于小车，使杆绕小车上的轴在竖直平面内旋转，小车沿着水平铁轨运动。当没有作用力时，摆杆处于垂直的稳定的平衡位置（竖直向下）。为了使杆子摆动或者达到竖直向上的稳定，需要给小车一个控制力，使其在轨道上被往前或朝后拉动。 倒立摆系统简介 倒立摆是机器人技术、控制理论、计算机控制等多个领域、多种技术的有机结合，其被控系统本身又是一个绝对不稳定、高阶次、多变量、强耦合的非线性系统，可以作为一个典型的控制对象对其进行研究。最初研究开始于二十世纪50 年代，麻省理工学院（MIT）的控制论专家根据火箭发射助推器原理设计出一级倒立摆实验设备。近年来，新的控制方法不断出现，人们试图通过倒立摆这样一个典型的控制对象，检验新的控制方法是否有较强的处理多变量、非线性和绝对不稳定系统的能力，从而从中找出最优秀的控制方法。倒立摆系统作为控制理论研究中的一种比较理想的实验手段，为自动控制理论的教学、实验和科研构建一个良好的实验平台，以用来检验某种控制理论或方法的典型方案，促进了控制系统新理论、新思想的发展。由于控制理论的广泛应用，由此系统研究产生的方法和技术将在半导体及精密仪器加工、机器人控制技术、人工智能、导弹拦截控制系统、航空对接控制技术、火箭发射中的垂直度控制、卫星飞行中的姿态控制和一般工业应用等方面具有广阔的利用开发前景。平面倒立摆可以比较真实的模拟火箭的飞行控制和步行机器人的稳定控制等方面的研究。 倒立摆分类
倒立摆建模
系统建模 系统建模可以分为两种:机理建模和实验建模.实验建模就是通过在研究对象上加上一系列的研究者先确定的输入信号,激励研究对象并通过传感器的检测其可观测的输出,应用数学手段建立起系统输入---输出关系.这里包括输入信号的设计选取,输出信号的精确检测,数学算法的研究等等内容.机理建模就是在了解研究对象在运动规律基础上,通过物理,化学的知识和数学手段建立起的系统内部的输入输出状态关系.系统的建模原则： 1) 建模之前，要全面了解系统的自然特征和运动机理，明确研究目的和准确性要求，选择合适的分析方法。 2) 按照所选分析法，确定相应的数学模型的形式； 3) 根据允许的误差范围，进行准确性考虑，然后建立尽量简化的合理的数学模型。 小车—倒立摆系统是各种控制理论的研究对象。只要一提小车—倒立摆系统，一般均认为其数学模型也已经定型。事实上，小车—倒立摆的数学模型与驱动系统有关，常见到的模型只是对应于直流电机的情况，如果执行机构是交流伺服电机，就不是这个模型了。本文主要分析由直流电机驱动的小车—倒立摆系统。小车倒立摆系统是检验控制方式好坏的一个典型对象，其特点是高阶次、不稳定、非线性、强耦合，只有采取有效的控制方式才能稳定控制. 在忽略空气阻力,各种摩擦之后,可将直线一级倒立摆系统抽象成小车忽然均匀质杆组成的系统,如下图所示: 图中F 是施加于小车的水平方向的作用力，x 是小车的位移，φ是摆的倾斜角。若不给小车施加控制力，倒摆会向左或向右倾斜，控制的目的是当倒摆出现偏角时，在水平方向上给小车以作用力，通过小车的水平运动，使倒摆保持在垂直的位置。即控制系统的状态参数，以保持摆的倒立稳定。 M 小车的质量 0.5Kg m 摆杆的质量 0.2Kg X φ F M 图1 直线一级倒立摆系统 θ
20112515直线一级倒立摆机理建模
上海电力学院课程设计报告 课名：自动控制原理应用实践 题目：倒立摆控制装置 院系：自动化工程学院 专业：测控技术与仪器 班级：2011151班 姓名：马玉林 学号：20112515 时间：2014年1月14日
倒立摆系统按摆杆数量的不同，可分为一级，二级，三级倒立摆等，多级摆的摆杆之间属于自有连接（即无电动机或其他驱动设备）。对倒立摆系统的研究能有效的反映控制中的许多典型问题：如非线性问题、鲁棒性问题、镇定问题、随动问题以及跟踪问题等。通过对倒立摆的控制，用来检验新的控制方法是否有较强的处理非线性和不稳定性问题的能力。 倒立摆的控制问题就是使摆杆尽快地达到一个平衡位置，并且使之没有大的振荡和过大的角度和速度。当摆杆到达期望的位置后，系统能克服随机扰动而保持稳定的位置。 1.1 倒立摆的控制方法 倒立摆系统的输入来自传感器的小车与摆杆的实际位置信号，与期望值进行比较后，通过控制算法得到控制量，再经数模转换驱动直流电机实现倒立摆的实时控制。直流电机通过皮带带动小车在固定的轨道上运动，摆杆的一端安装在小车上，能以此点为轴心使摆杆能在垂直的平面上自由地摆动。作用力u平行于铁轨的方向作用于小车，使杆绕小车上的轴在竖直平面内旋转，小车沿着水平铁轨运动。当没有作用力时，摆杆处于垂直的稳定的平衡位置（竖直向下）。为了使杆子摆动或者达到竖直向上的稳定，需要给小车一个控制力，使其在轨道上被往前或朝后拉动。 本次设计中我们采用其中的牛顿－欧拉方法建立直线型一级倒立摆系统的数学模型，然后通过开环响应分析对该模型进行分析，并利用学习的古典控制理论和Matlab /Simulink仿真软件对系统进行控制器的设计，主要采用根轨迹法，频域法以及PID（比例-积分-微分）控制器进行模拟控制矫正。 2 直线倒立摆数学模型的建立 直线一级倒立摆由直线运动模块和一级摆体组件组成，是最常见的倒立摆之一，直线倒立摆是在直线运动模块上装有摆体组件，直线运动模块有一个自由度，小车可以沿导轨水平运动，在小车上装载不同的摆体组件。 系统建模可以分为两种：机理建模和实验建模。实验建模就是通过在研究对象上加上一系列的研究者事先确定的输入信号，激励研究对象并通过传感器检测其可观测的输出，应用数学手段建立起系统的输入－输出关系。这里面包括输入
patran,初学,入门,自学,实例3
课程 3. 连柄的几何模型 目的: ?从IGES文件中输入几何图。 ?在MSC/PATRAN(Phase I)产生几何体。
模型描述: 本练习，将产生一个由表面构成的连柄几何模型。首先，输入一个IGES文件，此文件包含一个表面和一些曲线。曲线将用来定义MSC/PATRAN 中裁剪面。 建议的练习步骤: ?生成一个新的数据库，并命名为Con_rod.db。模型近似最大 尺寸是3单位，用MSC/NASTRAN作为分析代码。 ?输入名为Con_rod.igs的IGES文件，关闭除曲线标号外的 所有实体标号。 ?把模型中所有外轮郭曲线链接在一起，成为第一个连续环。 ?把内部表面的边界线链接成第二个连续环。 ?用生成的两条环型曲线产生MSC/PATRAN中的表面，并在连柄顶 部产生一圆孔。 练习过程: 1. 产生一个新的数据库，并命名为Con_rod.db。模型近似最大尺寸是3单位，用MSC/NASTRAN作为分析代码。 File/New Database… New Database Name New Model Preference Tolerance Based on Model Approximate Maximum Model Dimension: Analysis Code:
Analysis Type 2．输入名为Con_rod.igs的IGES文件，关闭除曲线标号外的所有实体标号。File/Import Object : Source: IGES File: 由于IGES格式数据文件的特点，当MSC/PATRAN发现有重复曲线时，将会问你如何处理。当它问你是否希望产生一条重复曲线(Do you wish to Create a Duplicate Curve?)时，点击Not for All(全部不要)。 如果仅回答No, 则MSC/PATRAN遇到每一条重复线时都会向你提问。而回答No for All，则MSC/PATRAN不会对每条重复线都向你提问，它告诉MSC/PATRAN不要产生任何一条重复线。 当MSC/PATRAN完成输入过程后，IGES输入摘要(IGES Import Summary)将出现。浏览这些信息，然后单击OK钮关闭窗口。 输入文件后，选择工具条中如下的标号控制（label Control）图标打开曲线标号。 曲线标号控制面板将出现，选择如下的曲线（Curve）图标。
一级倒立摆物理建模、传递函数和状态方程的推导
一级倒立摆物理建模和传递函数的推导 设定： M 小车质量 m 摆杆质量 b 小车摩擦系数 l 摆杆转动轴心到杆质心的长度 I 摆杆惯量 F 加在小车上的力 x 车位置 φ 摆杆与垂直向上方向的夹角
图1、2是系统中小车和摆杆的受力分析图。其中，N 和P 为小车与摆杆相互作用。 分析小车水平方向所受的合力，可以得到以下方程： N x b F x M --=? ?? (1) 由摆杆水平方向的受力进行分析可以得到下面等式： )sin (22 θl x dt d m N += (2) 即： θθθθsin cos 2 ?? ???-+=ml ml x m N (3) 把这个等式代入式(3)中，就得到系统的第一个运动方程： F ml ml x b x m M =-+++?? ????θθθθsin cos )(2 (4) 对摆杆垂直方向上的合力进行分析，可以得到下面方程: )cos (2 2 θl dt d m mg P =- (5) θθθθcos sin 2 ?? ?--=-ml ml mg P (6) 力矩平衡方程： ? ?=--θθθI Nl Pl cos sin (7)
此方程中力矩的方向，由于φπθ+=,θφcos cos -=,θφsin sin -=,故等式前面有负号。 合并这两个方程，约去 P 和N ，得到第二个运动方程： θ θθcos sin )(2 ? ???-=++x ml mgl ml I (8) 设θ =π +φ, 假设φ 与1（单位是弧度）相比很小，即c <<1，则可以进行近似处理：1cos -=θ,φθ-=sin ,0)(2 =dt d θ。用u 来代表被控对象的输入力F ，线性化后两个运动方程如下： { u ml x b x m M x ml mgl ml I =-++=-+? ?? ? ?? ???φφφ)()(2 (9) 假设初始条件为0，对式(9)进行拉普拉斯变换： { ) ()()()()()()()()(22222s U s s ml s s bX s s X l M s s mlX s mgl s s ml I =Φ-++=Φ-Φ+ (10) 由于输出为角度φ ，求解方程组的第一个方程，可以得到： )(])([)(22s s g ml ml I s X Φ-+= (11) 或 mgl s ml I mls s X s -+=Φ2 22)()()( (12) 令? ?=x v ，则有： mgl s ml I ml s V s -+=Φ22)()()( (13) 把上式代入方程组的第二个方程，得到：
patran入门实例14
patran入门实例14 静态分析的建立 课程 14. 静态分析的建立 目的: , 回顾建立一个模型的全部必要步骤。 , 懂得如何用MSC/PATRAN进行静态分析。 147 PATRAN 301 练习手册—R7.5 静态分析的建立 模型描述: 在本练习中，将建立完整的MSC/PATRAN 主框架模型，并用MSC/NASTRAN进行相应静态分析。
图14-1 具有网格控制点的四分之一对称模型。148 PATRAN 301 练习手册—R7.5 静态分析的建立
图14-2 表14-1 单元类型: 四边形单元Quad8 单元总体边界长度: 1.0" 材料常数描述: 名称: Steel 弹性模量，E(psi): 29E6 泊松比,ν: 0.30 线弹性各向同性材料 单元特性: 名称: Prop1 材料: Stee1 厚度: 0.2"
分析代码: MSC/NASTRAN 149 PATRAN 301 练习手册—R7.5 静态分析的建立 分析类型: 完全线性静态分析 分析求解参数: 线性静态。 分析翻译器: 文本输出 2(Text Output 2)格式。 分析输出项: 位移、单元应力、单元应变能 建议的练习步骤: , 生成新的数据库并命名为Plate_hole.db。 , 把Tolerance设为Default, Analysis Code设为 MSC/NASTRAN。 -2和表14-1的数据来划分有限元网, 产生四分之一对称模型，用图14 格。 , 等效并优化整个模型，校验是否所有单元的法向方向相同。 , 根据表14-1定义材料特性和单元特性。 , 对全部单元的上表面施加不均匀压力Pressure1。 , 在模型适当位置载加位移边界条件。把模型上下左右边界的位移约束分别命名为disp_lf, disp_rt, disp_tp和disp_bt。 , 根据表14-1，为把模型用于分析运行做准备。 练习过程: 1(生成新的数据库并命名为Plate_hole.db。 File/New Database... New Database Name Plate_hole.db OK
isight集成UG、Patran和Nastran实例教程
UG、Patran和Nastran集成教程 本教程是一个进行悬臂梁减重分析的例子，iSIGHT-FD V2.5集成的软件是UG NX3.0、MSC.Patran 2005 r2和MSC.Nastran 2005。 一 UG参数化过程 1.打开UG NX 3.0程序，新建一个零件，名称为beam.prt，然后点击菜单“应用-建 模”，右键选择“视图方向-俯视图”； 2.点击草图按钮，进入草绘界面，然后点击直线按钮，绘制如下图所示的工字形 截面； 3.使用”自动判断的尺寸”按钮标注如下所示线段的尺寸； 4.按照同样方法标注其它尺寸，最终结果如下图所示：
5.点击左侧的“约束”按钮，然后选择下图所示的最上面的两条竖直线段，最后点击约束 工具栏上的等式约束，给这两条线段施加一个等式约束; 6.给这两条线段施加等式约束后，点击左侧的“显示所有约束”按钮，会在两条线段上出 现两个“=”，标明等式约束已成功施加上，如下图所示；
7.接下来，为最下面的两条竖直线段施加等式约束，如下图所示； 8.为左侧的两条Flange线段施加等式约束，如下图所示； 9.为右侧的两条Flange线段施加等式约束，如下图所示； 10.点击左上角的“完成草图”按钮，退出草绘状态。
11.选择菜单“工具-表达式”，弹出表达式编辑窗口，在下方名称后的文本框中输入Length， 在公式后的文本框中输入200，点击后面的√，即可将该参数加入中部的大文本框中，然后点击确定； 12.点击左侧的拉伸按钮，选择工字形草图，然后在弹出的输入拉伸长度的框中将数值改为 上一步创建的参数名称Length，最后点击拉伸对话框中的√，接受所作的更改；
一级倒立摆MATLAB仿真、能控能观性分析、数学模型、极点配置
题目一： 考虑如图所示的倒立摆系统。图中，倒立摆安装在一个小车上。这里仅考虑倒立摆在图面内运动的二维问题。倒立摆系统的参数包括：摆杆的质量（摆杆的质量在摆杆中心）、摆杆的长度、小车的质量、摆杆惯量等。 图倒立摆系统 设计一个控制系统，使得当给定任意初始条件(由干扰引起)时，最大超调量 %≤10%，调节时间ts ≤4s ，使摆返回至垂直位置，并使小车返回至参考位置(x=0)。 要求：1、建立倒立摆系统的数学模型 2、分析系统的性能指标——能控性、能观性、稳定性 3、设计状态反馈阵，使闭环极点能够达到期望的极点，这里所说的期望的极点确定 是把系统设计成具有两个主导极点，两个非主导极点，这样就可以用二阶系统的 分析方法进行参数的确定 4、用MATLAB 进行程序设计，得到设计后系统的脉冲响应、阶跃响应，绘出相应状 态变量的时间响应图。 解： 1 建立一级倒立摆系统的数学模型 1.1 系统的物理模型 如图1所示，在惯性参考系下，设小车的质量为M ，摆杆的质量为m ，摆杆长度为l，在某一瞬间时刻摆角(即摆杆与竖直线的夹角)为θ，作用在小车上的水平控制力为u。这样，整个倒立摆系统就受到重力,水平控制力和摩擦力的3外力的共同作用。
图1 一级倒立摆物理模型 1.2 建立系统状态空间表达式 为简单起见，本文首先假设:(1)摆杆为刚体 ；(2)忽略摆杆与支点之间的摩擦；( 3) 忽略小车与导轨之间的摩擦。 在如图一所示的坐标下，小车的水平位置是y,摆杆的偏离位置的角度是θ，摆球的水平位置为y+lsin θ。这样，作为整个倒立摆系统来说，在说平方方向上，根据牛顿第二定律，得到 u l y dt d m dt d M =++)sin (y 22 22θ （1） 对于摆球来说，在垂直于摆杆方向，由牛顿第二运动定律，得到 θθsin )sin y (m 22 mg l dt d =+ （2） 方程(1)，(2)是非线性方程，由于控制的目的是保持倒立摆直立，在施加合适的外力条件下，假定θ很小，接近于零是合理的。则sin θ≈θ，cos θ≈1。在以上假设条件下，对方程线性化处理后，得倒 u ml M =++.. ..y m θ）（ （3）
patran入门实例
课程 4. U形夹的三维几何模型 目的: ?生成一个新的数据库 ?生成几何体 ?改变图形显示 模型描述: 本练习是通过MSC/PATRAN的点、线、面、体建立一个几何模型，熟悉PATRAN 的几何建模过程，模型的几何尺寸见下图。 练习过程 1．新生成一个数据库并命名为clevis.db File/New Database… New Database Name New Model Preference Tolerance Default 2. 把几何参数选择改为PATRAN 2方式。 PATRAN 2 Convention代表着一个特点的参数化几何类别。这个操作可以使用户产生一个几何体，该几何体可以通过PATRAN 2的中性文件和IGES文件输入或输出到PATRAN 3中。 Preference/Geometry… Geometric Representation Patran 2 Convention Solid Origin Location P3/PATRAN Convention
3. 生成一个位于U形夹孔内半径上的点。 单击主框架中的Geometry开关。 Geometry Action: Object: Method: Point Coordinates List: 为易于查看所产生的新点，可通过Display/Geometry菜单来增大点的尺寸。Display/Geometry… Point Size: 也可打开Entity Labels开关来观查所产生的新点。 Display/Entity Color/Label/Render… 4. 用刚生成的点产生4条曲线，来表示U形夹孔的上半部圆弧。 Geometry Action: Object:
(完整版)倒立摆建模
1.一阶倒立摆建模 在忽略了空气流动阻力，以及各种摩擦之后，可将倒立摆系统抽象成小车和匀质杆组成的系统，如下图所示，其中： M ：小车质量 m ：为摆杆质量 J ：为摆杆惯量 F ：加在小车上的力 x ：小车位置 θ：摆杆与垂直向上方向的夹角 l ：摆杆转动轴心到杆质心的长度 根据牛顿运动定律以及刚体运动规律，可知： （1） 摆杆绕其重心的转动方程为 （2） 摆杆重心的运动方程为 得 （3）小车水平方向上的运动为 22..........(4)x d x F F M d t -= 联列上述4个方程，可以得出 一阶倒立精确气模型： ()()()()()()()2222222222222222 sin .sin cos cos cos .sin cos .lg sin cos J ml F ml J ml m l g x J ml M m m l ml F m l M m m m l M m J ml θθθθθθθθθθθθ?+++-?= ++-??+-+?=?-++? &&&&&& sin cos ..........(1)y x J F l F l θθθ=-& &2 22 2(sin ) (2) (cos ).........(3)x y d F m x l d t d F mg m l d t θθ=+=-
式中J 为摆杆的转动惯量：3 2 ml J = 若只考虑θ在其工作点附近θ0=0附近（??≤≤-1010θ）的细微变化，则可以近似认为： ?? ? ??≈≈≈1cos sin 02θθθθ& ??? ? ???++-+=++-+= 2.. 2222..)(lg )()()(Mml m M J mlF m m M Mml m M J g l m F ml J x θθθ 2.2 模型建立及封装 1、建立以下模型：
patran实例教程7
课程 7. U形夹的三维有限元模型 目的 ?以不同的网格尺寸来划分模型的关键部位。 ?以相同的网格来划分模型其余部分。
模型描述 在本练习中，将定义一种单元来划分已经建好的U形夹模型的网格。 在以后的练习中，要在孔边加载，因此，将对孔周边区域细分网格，以求 有较高的网格密度。 Finite Element Mesh Global Edg Length=0.5 HEX8 elements 图 7-1 建议的练习步骤: ?启动MSC/PATRAN，打开数据库Clevis.db。 ?显示模型的正等侧视图，放大U形夹孔的下半部。保存它并命名 Zoom_in。 ?为了简化U形夹模型的显示，关掉显示线开关，使只显示模型的边界。 ?在将要受到分布力作用的区域，为增加网格密度而生成有限元网格控 制点。 ?用上图中所列出的单元布局和尺寸，生成有限元网格。 练习过程: 1.启动MSC/PATRAN，并打开数据库Clevis.db。
File/Open Database Existing Database Name Clevis.db OK 2.显示模型的正等侧视图，放大U形夹孔的下半部。保存它并命名为Zoom_in。有两种方法获得模型的正等侧视图。第一种是单击工具条中的正等侧视图（isometric View）图标，第二种是用主菜单（Main Menu）条中的视图(Viewing)菜单。 Viewing/Named View Options… Select Named View exercise_1.ses Close Viewing/Select Corners 当光标变成十字形时，选取U形夹前面孔的下半部，如下图所示的区域。单击希望生成的矩形的左上角位置，并按住鼠标左键，拖拉鼠标光标到矩形的对角。松开鼠标左键，就得到一个新视图。
patran实例
《飞机结构力学》课程设计 班级＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 学号＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 姓名＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 指导教师＿＿＿＿＿＿＿＿
目录 1. 问题描述 (1) 2. 建模过程 (1) 3. 结果分析 (3) 4. 总结 (6)
1.问题描述 对一块有一边固支的薄板，在集中载荷的作用下，进行位移以及应力分析。为了清晰的了解薄板受力时所表现的应力和位移情况，本例对薄板建立了实体模型，并通过设定不同value值，来对比结果。薄板的形状、尺寸以及其他物理参数如下： 薄板是钢制材料，弹性模量E=210GPa，泊松比u=0.3，薄板面承受50N集中压力，薄板长为100cm、宽为50cm，厚度为0.5cm。1.建模过程 实体模型（3D） Geometry 先建立一个长方体，长和宽均为1.0m，厚度为0.005m。程序步骤为create→solid→primitive然后在根据要求输入数据。 Mesh 薄板采用的网格类型create→mesh→solid，系统默认为 Tet→Tetmesh→Tet10来进行分析，对于value值定义为不同的值，点击apply得到如下图形：
薄板value取0.05 薄板value取0.025 Property 薄板单元类型create→3D→solid→（原因：单元类型的原因是板壳单元是可以承受拉压、弯、剪的实体）点击input properties 完成材料名称的定义→点击select application region完成应用区域的定义→apply。 BC/Loads 边界条件: 薄板的一边是固支的。Patran中的定义即create→displacement→standard→完成input data相应的定义→完成
一级倒立摆的建模及控制分析
直线一级倒立摆的建模及控制分析 摘要：本文利用牛顿—欧拉方法，建立了直线型一级倒立摆系统的数学模型。在分析的基础上, 采用状态反馈控制中极点配置法设计了用于直线型一级倒立摆系统的控制器。此外，用MATLAB 仿真绘制了相应的曲线并做了分析。 一、问题描述 倒立摆控制系统是机器人技术、控制理论、计算机控制等多个领域和多种技术的有机结合，其被控系统本身是一个绝对不稳定、高阶次、多变量、强耦合的非线性系统，是控制理论研究中较为理想的实验对象。它为控制理论的教学、实验和科研构建了一个良好的实验平台，促进了控制系统新理论、新思想的发展。倒立摆系统可以采用多种理论和方法来实现其稳定控制，如PID，自适应、状态反馈、智能控制等方法都己经在倒立摆控制系统上得到实现。 由于直线一级倒立摆的力学模型较简单，又是研究其他倒立摆的基础，所以本文利用所学的矩阵论知识对此倒立摆进行建模和控制分析。 二、方法简述 本文利用牛顿—欧拉方法，建立了直线型一级倒立摆系统的数学模型。在分析的基础上, 采用状态反馈控制中极点配置法设计了用于直线型一级倒立摆系 统的控制器。此外，用MATLAB 仿真绘制了相应的曲线并做了分析。 三、模型的建立及分析 3.1 微分方程的推导 在忽略了空气阻力，各种摩擦之后，可将直线一级倒立摆系统抽象成小车和匀质杆组成的系统，如下图1所示。
图1 直线一级倒立摆系统 假设 M 为小车质量；m 为摆杆质量；b 为小车摩擦系数；l 为摆杆转动轴心到杆质心的长度；I 为摆杆惯量；F 为加在小车上的力；x 为小车位置；φ为摆杆与垂直向上方向的夹角；θ为摆杆与垂直向下方向的夹角。 图2是系统中小车和摆杆的受力分析图。其中，N 和P 为小车与摆杆相互作用力的水平和垂直方向的分量。值得注意的是: 在实际倒立摆系统中检测和执行装置的正负方向已确定, 因而矢量方向定义如图2所示, 图示方向为矢量正向。 (a) (b) 图2 小车和摆杆的受力分析图 分析小车水平方向所受的合力，可以得到以下方程： N x b F x M --= (1) 由摆杆水平方向的受力进行分析可以得到下面等式： θθθθs i n c o s 2 ml ml x m N -+= (2) 把这个等式代入上式中，就得到系统的第一个运动方程： ()F ml ml x b x m M =-+++θθθθsin cos 2 (3)
[整理版]patran三维无限元网格划分实例
[整理版]patran三维无限元网格划分实例 课程 8. 另一种U形夹的 三维有限元网格 目的: , 用链接生成一条曲线。 , 生成一个修剪表面。 , 用表面网格延伸成体单元。 , 使用有限元转化操作。 模型描述: 在本练习中，将生成如下图所示的U形夹几何模型。它由一个简单表面和一个平面修剪面构成。首先，在表面上生产四边形网格，然后由这些网格经延伸生成体单元。最后转化这些单元，完成模型。
建议的练习步骤: , 生成新数据库并命名deja_vu.db。设置近似最大模型尺寸为8单位， 用MSC/NASTRAN作为分析代码。 , 生成一个表面来定义U形夹的主体，用线来定义孔的内、外表面边界。, 链接外部曲线产生一个连续的环，用曲线定义孔并产生第二条环。 , 用外环产生一个修剪面并产生“孔洞”。 , 用相同网格来划分简单表面的网格，用平铺网格来划分修剪面的网 格。然后按U形夹各部分的厚度来拉伸网格。 , 转换孔区域的网格，最后完成U形夹有限元模型。 练习过程: 1.生成新数据库并命名deja_vu.db。设置近似最大模型尺寸为8单位，用MSC/NASTRAN作为分析代码。 File/New Database New Database Name deja_vu.db OK New Model Preference Tolerance Based on Model Approximate Maximum 8 Model Dimension:
Analysis Code: MSC/NASTRAN OK 2.生成一个表面来定义U形夹的主体，用线来定义孔的内、外表面边界。 生成第一个表面，将用来构成U形夹的主体。 Geometry Action: Create Object: Surface Method: XYZ Vector Coordinate List: < 4, 4, 0 > Apply 将在总体坐标系下产生一个4×4的正方形平面。 接着，定义U形夹的其余界，首先是孔。 Action: Create Object: Curve Method: Revolve 孔中心位置是X=6，Y=2。它也将是转动矢量的基点。若绕Z轴正方向转动，则需在此方向上另定义一点作为转动矢量的端点。 单击Axis 数据框，把内容改为{,6,2,0,,,6,2,1,}。两个括符之间定义了MSC/PATRAN的一个轴。 Axis: {[6,2,0][6,2,1]} Total Angle 360 再定义圆上的任一点，以用来执行拖拉操作。例如，单击Point List数据框并键入,5 2 0, Point List: [ 5, 2, 0 ] Apply 再定义外边界。 Total Angle 180 Point List: [ 6, 0, 0 ] 产生最后两条曲线来闭合外边界。
直线一级倒立摆系统的建模及仿真
计算机控制技术 课程设计
实验：直线一级倒立摆系统的建模及仿真 一、已知条件： 图1倒立摆简化模型 摆杆角度为输出，小车的位移为输入。导轨中点为坐标轴的中心即零点，右向为坐标值增加的方向，杆偏移其瞬时平衡位置右侧的角度为正值。 二、任务要求： 总体任务通过调节PID参数，设计PID控制器实现摆杆在受到干扰的情况下，依然能恢复平衡。具体包括以下几部分： 1. 理论推导 包括倒立摆系统的动力学模型，传递函数，离散传递函数，状态空间或差分方程，稳定性分析，PID控制器设计 2. 程序实现 实现内容：倒立摆系统模型，控制器以及仿真结果的显示。 开发语言和工具：Matlab m 文件或C/C++ (工具：VC++或其它) 3. PID控制参数设定及仿真结果。 分别列出不同杆长的仿真结果（例如：L=0.25 和L=0.5）。 4. 将理论推导、程序实现、仿真结果写成实验报告。
具体求解过程如下： 一，倒立摆系统动力学模型的建立 图1 摆杆的受力分析图 以摆杆为研究对象，对其进行受力分析，如图1所示。根据质点系的达朗贝尔原理得 I C I 0F C P m g C P M → → ?+?-= （1） 式中，IC F 为杆的惯性力，表达式为()IC C P CP CP IP ICP ICP t n t n F ma m a a a F F F ==++=++， m 为杆的质量，g 为重力加速度，I M 为杆的惯性力偶。 惯性力及惯性力偶的大小分别为 2222IP P ICP I c 2221,,3t d x d d F ma m F m m M J mL dt dt dt θθ αα====== （2） 式中，α为杆的角加速度，P a 为小车的加速度，2L 为杆的长度，θ为杆偏离中心位置的角度，x 偏离轨道中心的位移。 对（2）式代入（1）式，并整理可得 22224sin cos 3d d x L g dt dt θθθ-=- （3） 当摆动较小时，可以进行近似处理sin ,cos 1θθθ≈≈。 故（3）式可化为 222243d d x L g dt dt θθ-=- （4） 对（4）式进行拉普拉斯变换得 ()()()2 243 Ls s g s s X s Θ-Θ=- （5） F mg
(完整版)一级倒立摆的Simulink仿真
单级倒立摆稳定控制 直线一级倒立摆系统在忽略了空气阻力及各种摩擦之后，可抽象成小车和匀质摆杆组成的系统，如图1所示。 mg θ 杆长为λ 2u 图1 直线一级倒立摆系统 图2 控制系统结构 假设小车质量M =0.5kg ，匀质摆杆质量m=0.2kg ，摆杆长度2l =0.6m ，x (t )为小车的水平位移，θ为摆杆的角位移，2 /8.9s m g =。控制的目标是通过外力u (t)使得摆直立向上（即 0)(=t θ）。该系统的非线性模型为： u ml x m M ml mgl x ml ml J +=++=++22)sin ()()cos (sin )cos ()(θθθθθ θθ&&&&&&&&&，其中 231ml J =。 解： 一、 非线性模型线性化及建立状态空间模型 因为在工作点附近（0,0==θ θ&）对系统进行线性化，所以 可以做如下线性化处理： 3 2 sin ,cos 13! 2!θθθθθ≈- ≈-
当θ很小时，由cos θ、sin θ的幂级数展开式可知，忽略高次项后， 可得cos θ≈1，sin θ≈θ，θ’^2≈0； 因此模型线性化后如下： （J+ml^2）θ’’+mlx ’’=mgl θ (a) ml θ’’+(M+m) x ’’=u (b) 其中2 3 1ml J = 取系统的状态变量为,,,,4321θθ&&====x x x x x x 输出T x y ][θ=包括小车位移和摆杆的角位移. 即X=????????????4321x x x x =???? ?? ??????''θθx x Y=??????θx =??? ???31x x 由线性化后运动方程组得 X1’=x ’=x2 x2’=x ’’=m m M mg 3)(43-+-x3+m m M 3)(44 -+u X3’ =θ’=x4 x4’=θ’’=ml l m M g m M 3)(4)(3-++x3+ml l m M 3)(43 -+-u 故空间状态方程如下： X ’=????????????'4'3'2'1x x x x =????????????? ???? ?-++-+-03)(4)(300 100003)(4300001 ml l m M g m M m m M mg ???? ????????4321x x x x + ????? ??? ? ?????????-+--+ml l m M m m M 3)(43 03)(440 u X ’= ????????????'4'3'2'1x x x x =??????? ?????-01818.3100 100006727.20000 1 ?????? ??????4321x x x x + ? ???? ???????-5455.408182.10 u
一级倒立摆系统仿真及分析
一级倒立摆系统仿真及分析 1.摘要 本次课程设计，我们小组选择一级倒立摆系统作为物理模型，首先通过物理分析建立数学模型，得到系统的传递函数，通过对传递函数的极点，根轨迹，单位阶跃响应来分析系统稳定性。建立状态空间模型，利用matlab进行能控能观性分析，输入阶跃信号，分析系统输出响应。通过设定初始条件，查看系统稳定性，利用simulink绘制系统状态图。再对系统进行极点配置，进行状态反馈，使得系统在初始状态下处于稳定状态，并绘制系统状态图。 2.; 3.课程设计目的 倒立摆系统是一个经典的快速、多变量、非线性、绝对不稳定系统，是用来检验某种控制理论或方法的典型方案。倒立摆控制理论产生的方法和技术在半导体及精密仪器加工、机器人技术、导弹拦截控制系统和航空器对接控制技术等方面具有广阔的开发利用前景。因此研究倒立摆系统具有重要的实践意义。 4.课程设计题目描述和要求 本次课程设计我们小组选择环节项目三：系统状态响应、输出响应的测量。 < 环节目的： 1.利用MATLAB分析线性定常系统。 2.利用SIMULINK进行系统状态空间控制模型仿真，求取系统的状态响应及输出响应。 环节内容、方法： 1.给定系统状态空间方程，对系统进行可控性、可观性分析。并利用SIMULINK 绘制系统的状态图，求取给定系统输入信号和初始状态时的状态响应及输出响应。 }
2.给定两个系统的状态空间模型，分别求两个系统的特征值；将两个系统的系统矩阵化为标准型；求出给定系统初始状态时，状态的零输入响应；求两个系统的传递函数并分析仿真结果。 4.课程设计报告内容 数学模型的建立及分析 对于倒立摆系统，由于其本身是自不稳定的系统，实验建模存在一定的困难。但是经过小心的假设忽略掉一些次要的因素后，倒立摆系统就是一个典型的运动的刚体系统，可以在惯性坐标系内应用经典力学理论建立系统的动力学方程。下面我们采用其中的牛顿－欧拉方法建立直线型一级倒立摆系统的数学模型。 ~ 在忽略了空气阻力，各种摩擦之后，可将直线一级倒立摆系统抽象成小车和匀质杆组成的系统，如下图1所示 图l 直线一级倒立摆系统 我们不妨做以下假设： M小车质量、m摆杆质量、b小车摩擦系数、l摆杆转动轴心到杆质心的长度、I 摆杆惯、F加在小车上的力、x 小车位置、φ摆杆与垂直向上方向的夹角、θ摆杆与垂直向下方向的夹角（考虑到摆杆初始位置为竖直向下）。