Đề tài Ứng dụng công cụ Simmechanics mô phỏng hệ điều khiển cần trục

Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Bộ giáo dục và đào tạo Tr−ờng đại học bách khoa hà nội .......................................... cộng hoà x∙ hội chủ nghĩa việt nam Độc lập – Tự do – Hạnh phúc .......................................... Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp Họ và tên sinh viên: L−u Văn Hiệu Số hiệu sinh viên: 20001137 Họ và tên sinh viên: L−ơng Văn H−ng Số hiệu sinh viên: 20001464 Khoá: 45 Khoa: Cơ khí Ngành: Công nghệ chế tạo máy 1. Đề tài: “ ứng dụng công cụ Simmechanics mô phỏng hệ điều khiển cần trục” 2. Các tài liệu: - Các tài liệu về phần mền matlab, công cụ Simulink, công cụ Simmechanics - Các tài liệu về lý thuyết điều khiển 3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: - Giới thiệu chung về Matlab, Simulink & Simmechanics - Giới thiệu chung về cần trục - Giới thiệu về bộ điều khiển PID - Mô phỏng cơ cấu động học của cần trục trên Matlab - Thiết kế & mô phỏng hệ điều khiển cần trục trên Matlab - Kết quả của đồ án 4. Họ và tên cán bộ h−ớng dẫn: ThS. Đào Bá Phong L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 1 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN 5. Ngày giao nhiệm vụ đồ án:........................................................................ 7. Ngày hoàn thành đồ án:............................................................................ Ngày ..... tháng ..... năm .......... Chủ nhiệm Bộ môn Cán bộ h−ớng dẫn Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp, ngày.....tháng.....năm........ Ng−ời duyệt L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 2 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Bộ giáo dục và đào tạo Tr−ờng đại học bách khoa hà nội. ---------------------------- Bản nhận xét đồ án tốt nghiệp Họ và tên sinh viên: L−u Văn Hiệu Số hiệu sinh viên: 20001137 Họ và tên sinh viên: L−ơng Văn H−ng Số hiệu sinh viên: 20001464 Ngành: Công nghệ chế tạo máy Khoá: 45 Cán bộ h−ớng dần: ThS. Đào Bá Phong Cán bộ duyệt: Nhận xét của giáo viên h−ớng dẫn: ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 3 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. .............................................................................................................. Ngày.......tháng.......năm........... Ng−ời h−ớng dẫn L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 4 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Bộ giáo dục và đào tạo Tr−ờng đại học bách khoa hà nội. ---------------------------- Bản nhận xét đồ án tốt nghiệp Họ và tên sinh viên: L−u Văn Hiệu Số hiệu sinh viên: 2000 Họ và tên sinh viên: L−ơng Văn H−ng Số hiệu sinh viên: 20001464 Ngành: Công nghệ chế tạo máy Khoá: 45 Cán bộ h−ớng dần: ThS. Đào Bá Phong Cán bộ duyệt: Nhận xét của giáo viên duyệt: ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 5 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. .............................................................................................................. Ngày.......tháng.......năm........... Ng−ời duyệt L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 6 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Lời nói đầu Công nghệ mô phỏng đang dần chiếm một vị trí quan trọng trong quá trình sản xuất. Bởi vì sau quá trình tính toán thiết kế chúng ta rất mong đợi một cách nào đó xem hệ thống hoạt động có đúng nh− mong đợi không, tránh việc đi vào sản xuất luôn mà chẳng may gặp nỗi thiết kế, tính toán nào đó gây lãng phí lớn cả về vật chất lẫn thời gian. Vì vậy cùng với quá trình tính toán thiết kế kết hợp với công cụ mô phỏng chúng ta có thể mô phỏng luôn hệ thống để khảo sát hệ thống, xem hệ thống hoạt động nh− thế nào … đã đúng nh− mong đợi ch−a. Qua đó có thể rút ngắn thời gian và giảm chi phí nghiên cứu – phát triển sản phẩm một cách đáng kể. Điều này đặc biệt có ý nghĩa khi sản phẩm là các hệ thống thiết bị kỹ thuật phức hợp với giá trị kinh tế cao. Cùng với sự phát triển của công nghệ điện tử và tin học Công nghệ mô phỏng đang phát triển rất nhanh với h−ớng ứng dụng tin học. Nhiều n−ớc tiên tiến trên thế giới đã nghiên cứu và cho ra đời những phần mềm mô phỏng mạnh với dao diện đồ hoạ và khả năng hoạt động nh− thật. Một trong những phần mềm đó là phần mềm Matlab, một công cụ mạnh cho phép mô phỏng và khảo sát đối t−ợng, hệ thống hay quá trình kỹ thuật – vật lý …vv. Bằng công cụ Simulink và SimMechanics trong phần mềm Matlab, với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo Đào Bá Phong chúng tôi, hai sinh viên L−u Văn Hiệu và L−ơng Văn H−ng đã tiến hành thiết kế mô phỏng một hệ thống điều khiển cần trục, một công cụ thiết yếu dùng trong xây dựng và công nghiệp để di chuyển vật nặng, hàng hoá và vật liệu. Trên cơ sở mô hình toán của cần trục quay, chúng tôi thiết kế hai bộ điều khiển riêng bao gồm bộ điều khiển tịnh tiến h−ớng kính và bộ điều khiển quay. Bên trong mỗi bộ điều khiển , có hai bộ điều khiển PID đ−ợc dùng _ bộ điều khiển PID tự hiệu chỉnh cho đúng chuyển động h−ớng kính và chuyển động quay của cần trục, bộ điều khiển PID làm giảm dần sự dao động của vật nặng đến mức nhỏ nhất có thể. Những kết quả mô phỏng cho thấy rằng hoạt động của bộ điều khiển là tốt. Qua đây hai chúng tôi xin đ−ợc bầy tỏ lòng biết ơn sâu xắc đến thầy giáo Đào Bá Phong ng−ời đã tận tình h−ớng dẫn hai chúng tôi trong suốt quá trình làm đồ án. Cũng xin đ−ợc cảm ơn thầy Hoàng Vĩnh Sinh đã cho chúng tôi nhiều ý kiến quý báu giúp chúng tôi hoàn thành đồ án này. Do thời gian có hạn cũng nh− sự hạn chế về kiến thức của chúng tôi, hẳn chúng tôi còn những thiếu sót rất mong những góp ý, những lời nhận xét bổ sung của các thầy và các bạn sinh viên. Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 5 năm 2005 Hai sinh viên: L−u Văn Hiệu L−ơng Văn H−ng L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 7 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Mục lục Phần1: Phần mền matlab, công cụ simulink và khối simmechanics .............................................................................................. 10 1.1. Phần mền matlab, công cụ simulink...................................................... 10 1.2. công cụ simmechanics........................................................................... 10 1.2.1. Th− viện bodies............................................................................... 10 1.2.1.1. Khối Body ................................................................................ 10 1.2.1.2. Khối Ground ............................................................................ 17 1.2.2. Th− viện Constraints & Drivers ...................................................... 18 1.2.2.1. Khối Angle driver .................................................................... 18 1.2.2.2. Khối Distance driver ................................................................ 20 1.2.2.3. Khối Linear driver ................................................................... 21 1.2.2.4. Khối Velocity driver ................................................................ 22 1.2.2.5. Khối Point- curve driver .......................................................... 24 1.2.2.6. Khối Parallel constraint ........................................................... 26 1.2.2.7. Khối Gear constraint ................................................................ 27 1.2.3. Th− viện Joints:............................................................................... 29 1.2.3.1. Khối Primastic ......................................................................... 29 1.2.3.2. Khối Revolute .......................................................................... 33 1.2.3.3. Khối Spherical.......................................................................... 34 1.2.3.4. Khối Planar .............................................................................. 36 1.2.3.5. Khối Univeral........................................................................... 37 1.2.3.6. Khối Cylindrical ...................................................................... 39 1.2.3.7. Khối Gimbal ............................................................................ 40 1.2.3.8. Khối Custom joint.................................................................... 41 1.2.3.9. Khối Weld................................................................................ 43 1.2.3.10. Khối Telescoping..................................................................... 44 1.2.3.11. Khối In-Plane........................................................................... 45 1.2.3.12. Khối Bushing ........................................................................... 47 1.2.3.13. Khối Bearing............................................................................ 48 1.2.3.14. Khối Sĩx-DoF........................................................................... 49 1.2.3.15. Khối Screw .............................................................................. 50 1.2.4. Th− viện Sensor & Actuators.......................................................... 52 1.2.4.1. Khối Body actuator .................................................................. 52 1.2.4.2. Khối Joint actuator................................................................... 54 1.2.4.3. Khối Driver Actuator ............................................................... 58 1.2.4.4. Khối Body sensor..................................................................... 61 1.2.4.5. Khối Joint sensor ..................................................................... 64 1.2.4.6. Khối Constraint & driver sensor .............................................. 69 1.2.4.7. Khối Joint Initial Condition Actuator ...................................... 72 1.2.4.8. Khối Joint Stiction Actuator .................................................... 74 1.2.5. Th− viện Utilities ............................................................................ 76 1.2.5.1. Khối Connection ports ............................................................. 76 L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 8 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Phần2: ứNg dụng công cụ simmechanics mô phỏng hệ điều khiển cần trục................................................................................. 78 2.1. Giới thiệu về Cần trục............................................................................ 78 2.2. Đặt vấn đề .............................................................................................. 79 2.3. Mô phỏng hệ thống cơ động học của cần trục quay với công cụ SimMechanics .................................................................................................. 80 2.3.1. Các giả thiết khi mô phỏng............................................................. 80 2.3.2. Mô phỏng hệ thống cơ động học .................................................... 81 2.4. Sơ đồ hệ thống điều khiển ..................................................................... 88 2.4.1. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển ...................................................... 88 2.4.2. Chọn bộ điều khiển PID.................................................................. 89 2.4.2.1. Lý do chọn bộ điều khiển PID ................................................. 89 2.4.2.2. Giới thiệu về bộ điều khiển PID .............................................. 90 2.4.3. Sơ đồ các bộ điều khiển .................................................................. 92 2.4.3.1. Sơ đồ khối bộ điều khiển tịnh tiến h−ớng kính........................ 92 2.4.3.2. Sơ đồ khối bộ điều khiển quay................................................. 93 2.5. Mô phỏng hệ thống điều khiển với công cụ Simulink........................... 94 2.5.1. Mô phỏng bộ điều khiển tịnh tiến h−ớng kính ............................... 95 2.5.2. Mô phỏng bộ điều khiển quay ........................................................ 96 2.6. Ghép nối hệ thống điều khiển với hệ thống cơ động học ...................... 97 2.6.1. Khối tính toán thông số ghép nối ................................................... 97 2.6.2. Ghép nối hệ điều khiển với hệ thống cơ động học ......................... 99 2.7. Tính toán bộ điều khiển PID.................................................................. 99 2.7.1. Định h−ớng tính toán các thông số bộ điều khiển PID................... 99 2.7.2. Tính toán các thông số PID cho bộ điều khiển tịnh tiến h−ớng kính 100 2.7.3. Tính toán các thông số PID cho bộ điều khiển quay .................... 101 2.7.4. Kiểm tra và hiệu chỉnh các thông số PID trong tr−ờng hợp các bộ điều khiển đồng thời hoạt động .................................................................. 102 2.8. Mô phỏng & đánh giá chất l−ợng mô phỏng....................................... 102 2.8.1. Tiến hành mô phỏng ..................................................................... 102 2.8.1.1. Kết quả mô phỏng khi không có hệ điều khiển ..................... 103 2.8.1.2. Kết quả mô phỏng khi có hệ điều khiển ................................ 103 2.9. h−ớng phát triển ................................................................................... 117 Kết luận .................................................................................................... 118 L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 9 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Phần1: Phần mền matlab, công cụ simulink và khối simmechanics 1.1. Phần mền matlab, công cụ simulink MATLAB là một bộ ch−ơng trình phần mền lớn đ−ợc viết cho máy tính PC nhằm hỗ trợ cho các tính toán khoa học kĩ thuật với các phần tử cơ bản là các ma trận. Thuật ngữ Matlab là chữ viết tắt từ hai từ MATrix và LABoratory, thể hiện định h−ớng chính của ch−ơng trình là các phép tính vector và ma trận. Phần cốt lõi của ch−ơng trình bao gồm các hàm toán học, các chức năng xuất nhập cũng nh− các khả năng điều khiển ch−ơng trình. MATLAB cung cấp các toolbox với phạm vi chức năng chuyên dụng khác nhau. Ví dụ nh− : một số toolbox liên quan tới điều khiển( control system toolbox, Optimzation toolbox...) ; các toolbox liên quan tới lĩnh vực điện, cơ khí... SIMULINK là một công cụ của MATLAB nhằm mục đích mô hình hoá, mô phỏng và khảo sát các hệ thống động học. Giao diện đồ hoạ trên màn hình của SIMULINK cho phép thể hiện hệ thống d−ới dạng sơ đồ tín hiệu với các khối chức năng quen thuộc. SIMULINK cung cấp cho ng−ời sử dụng một th− viện rất phong phú, có sẵn với số l−ợng lớn các khối chức năng cho các hệ tuyến tính, phi tuyến và gián đoạn. 1.2. công cụ simmechanics SIMMECHANICS là một công cụ của Matlab cho phép ng−ời dùng mô hình hoá đ−ợc các chi tiết cơ khí, từ đó xây dựng đ−ợc mô hình các bộ phận máy, các máy cơ khí. SIMMECHANICS gồm có các th− viện và các khối sau: 1.2.1. Th− viện bodies 1.2.1.1. Khối Body Mục đích: Biểu diễn một vật thể cứng tuỳ ý L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 10 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Mô tả: Khối Body biểu diễn một vật thể cứng mà thuộc tính của nó là tuỳ ý bạn. Sự miêu tả, bạn cần ấn định bao gồm: • Khối l−ợng của vật thể và tensor mômen quán tính • Toạ độ trọng tâm của vật thể (CG) • Một số hệ toạ độ Body tuỳ ý (CSs) Một vật thể cứng đ−ợc xác định trong không gian bởi vị trí trọng tâm và h−ớng của nó trong một hệ toạ độ nào đó. Việc đặt những điều kiện ban đầu (Setting Body Initial Conditions) : Vị trí và h−ớng ban đầu của vật thể đ−ợc cài đặt bởi những mục nhập trong hộp thoại Body của nó. Những điều kiện ban đầu đó giữ nguyên không thay đổi; trừ phi, bạn nối nó với một khối tạo điều kiện ban đầu cho khớp( Joint Initial Condition Actuator), bạn thay đổi điều kiện ban đầu của khớp đã đ−ợc nối với Body tr−ớc khi bắt đầu mô phỏng, hoặc bạn kích động Body với một khối Body Actuator. Trong SimMechanics, bạn nhập vào thuộc tính của Body qua hai lớp, thuộc tính hình học và thuộc tính khối l−ợng: • Thuộc tính hình học đ−ợc xác định bởi hệ toạ độ Body của vật. ° Hệ toạ độ Body cần đến ở mức tối thiểu là hệ toạ độ với gốc của nó ở tại trọng tâm. Điểm trọng tâm xác định cả vị trí ban đầu của toàn Body và là gốc của hệ toạ độ trọng tâm. Bạn cũng phải đặt h−ớng cho những trục hệ toạ độ trọng tâm. ° Bạn có thể đặt thêm một số hệ toạ độ Body trên Body. Bạn phải định nghĩa mỗi hệ toạ độ Body bởi vị trí gốc của nó và h−ớng những trục toạ độ của nó. ° Mỗi sự kết nối của một khối Joint, Constraint/ Driver, Actuator, hoặc Sensor với một Body cần đến một điểm mấu trên Body. Điểm mấu này là một trong số những gốc hệ toạ độ Body. ° Hệ toạ độ Body trên khối sẵn sàng dùng cho việc nối kết hiện lên bởi cổng hệ toạ độ Body trên các bên của khối. Bạn có thể cho hiện hay ân mỗi hệ toạ độ Body trên các phía của khối. ° Tập hợp những gốc hệ toạ độ Body xác định vỏ lồi của Body, một trong số những hình biểu t−ợng xuất hiện biểu diễn một Body trong không gian. L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 11 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN • Thuộc tính khối l−ợng đ−ợc định nghĩa bởi khối l−ợng của Body và tensor quán tính. ° Khối l−ợng là quán tính của Body ứng với gia tốc dịch chuyển của trọng tâm bằng 1 trong sự phản ứng với một lực tác dụng bằng 1 đơn vị. ° Tensor quán tính thể hiện sự phân bố mật độ khối l−ợng trong Body và điều khiển gia tốc quay của Body xung quanh trọng tâm bằng sự phản ứng với một mômen tác dụng. ° Những thành phần của tensor quán tính điều khiển h−ớng ban đầu của Body và luôn luôn đ−ợc thể hiện nh− trong những trục hệ toạ độ trọng tâm. H−ớng những trục hệ toạ độ trọng tâm đối với hệ toạ độ khác bên ngoài Body (World CS, một CS trên một Ground, hoặc một CS trên một Body khác) sau đó xác định h−ớng của Body đối với những Body khác hay đối với World. ° Tensor quán tính của Body định nghĩa trục chính của nó, mômen và ellipsoid t−ơng đ−ơng của nó, một trong số những hình biểu t−ợng xuất hiện cho sự biểu diễn một Body trong không gian. Ngầm định trạng thái ban đầu của một Body (Default Initial State of a Body) Hai bộ thuộc tính đó xác định vị trí và h−ớng ban đầu của Body: • Vị trí ban đầu của Body đ−ợc đặt bởi vị trí trọng tâm của nó. • H−ớng ban đầu đ−ợc đặt bởi những thành phần tensor quán tính của nó (trong hệ toạ độ trọng tâm) và h−ớng của những trục toạ độ trọng tâm đối với hệ toạ độ khác trong máy. Điều kiện ban đầu của một máy có thể đ−ợc thay đổi với khối Joint Initial Condition Actuator tr−ớc khi bắt đầu quá trình mô phỏng. Nếu bạn không thay đổi trạng thái ban đầu của một Body tr−ớc khi mô phỏng, SimMechanics đặt vị trí/ h−ớng ban đầu tới những mục hộp thoại Body của nó. SimMechanics cũng đặt những vận tốc dài/ góc ban đầu của Body là 0 trong tr−ờng hợp này. L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 12 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Hộp thoại và những thông số (Dialog Box and Parameters) Hình 1.2.1.1a: Bảng thông số định nghĩa body Hộp thoại có hai vùng hoạt động, Mass Properties và Body Cooordinate Systems. • Mass Properties ° Mass Nhập vào khối l−ợng của Body trong vùng đầu tiên và chọn đơn vị trong danh mục kéo xuống phía bên phải, số thực hoặc biểu thức t−ơng đ−ơng trong MATLAB. Giá trị ngầm định là 1 và kg. ° Inertia tensor Nhập vào tensor quán tính (đối với những trục của hệ toạ độ trọng tâm Body) trong vùng đầu tiên và chọn đơn vị trong danh mục kéo xuống ở phía bên phải. Tensor phải là ma trận số thực 3x3. Tensor ngầm định là ma trận đơn vị 3x3. Một tensor 0 zeros (3,3) định nghĩa khối l−ợng điểm. Đơn vị ngầm định là kg-m2. • Body Coordinate Systems (Những hệ toạ độ Body) ° Configuring a Body Coordinate System (định cấu hình hệ toạ độ Body) L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 13 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Bạn cài đặt hệ toạ độ Body trong vùng Body coordinate systems: + Ngầm định việc định cấu hình gồm có ba hệ toạ độ Body: Cần đến hệ toạ độ trọng tâm gắn với trọng tâm của Body và hai hệ toạ độ Body tuỳ ý khác, đ−ợc gọi là CS1 và CS2, để kết nối Joint, Constraint, hoặc Driver. + Bạn có thể định cấu hình hệ toạ độ trọng tâm nh−ng không thể xoá nó. Bạn cũng không thể thêm hệ toạ độ trọng tâm, mặc dù bạn có thể sao lại hệ toạ độ trọng tâm với tên khác. + Những hệ toạ độ khác có thể đ−ợc hình thành hoặc xoá nh− ý muốn. + Định hình hệ toạ độ Body cần đến hai nhóm b−ớc: - Vị trí gốc hệ toạ độ Body trong bảng Position - Định h−ớng các trục hệ toạ độ Body trong bảng Orientation. + Định nghĩa hệ toạ độ Body cần quy vào một số cái khác, hệ toạ độ tồn tại tr−ớc. Trong một khối Body, bạn có thể quy vào hệ toạ độ Body và Grounded theo ba cách. Hệ toạ độ liên quan phải là: - World - Hệ toạ độ Body khác trên cùng một Body - Adjoining CS, hệ toạ độ trên Body hàng xóm hoặc Ground trực tiếp nối với hệ toạ độ Body đ−ợc chọn bởi một Joint, Constraint, hoặc Driver. Hình 1.2.1.1b: Hệ toạ độ của body liên quan + Lựa chọn giữa bảng Position hoặc Orientation với những thông số trong mỗi bảng. Mỗi hệ toạ độ Body đ−ợc gắn với một tên, ví nh− CG cho hệ toạ độ trọng tâm, và CS1, CS2, …, cho những hệ toạ độ thêm vào. • Định cấu hình cho bảng Position Vùng Position cho mỗi hệ toạ độ Body xác định vị trí gốc của hệ toạ độ nh− một vector tịnh tiến. L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 14 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN ° Những thành phần bằng số của vector mang theo đơn vị. ° Gốc đ−ợc dời đi từ gốc của một cái khác, hệ toạ độ tồn tại tr−ớc trong máy móc của bạn bởi vector tịnh tiến này. ° Những thành phần của vector tịnh tiến đ−ợc định h−ớng đối với bộ trục toạ độ khác. Hình 1.2.1.1c: Thông số xác định các hệ toạ độ body * Vector vị trí của gốc toạ độ [x y z]( Origin posittion vector [x y z]) Nhập vào vector tịnh tiến xác định vị trí gốc hệ toạ độ Body mà ta đang định nghĩa. * Units Lựa chọn đơn vị dài cho vector tịnh tiến. Ngầm định là m. * Xác định gốc hệ toạ độ liên quan tới hệ toạ độ ta đang định nghĩa thông qua vector tịnh tiến ta đã nhập( Translated from the origin of) Trong danh mục kéo xuống, có các sự lựa chọn khác, hệ toạ độ tồn tại tr−ớc trong máy móc của bạn mà xác định điểm bắt đầu cho vector tịnh tiến. Sự lựa chọn là World, Adjoining, và hệ toạ độ Body khác trên Body này. điểm cuối của vector tịnh tiến là gốc của hệ toạ độ body này. * Xác định h−ớng các trục của hệ toạ độ ta đang định nghĩa thông qua vector tịnh tiến đã nhập( Components in the axes of) Trong danh mục kéo xuống, chọn hệ toạ độ mà những trục của nó xác định những thành phần vector tịnh tiến. Sự lựa chọn là WORLD, ADJOINING, và hệ toạ độ Body khác trên Body này. Những thành phần vector tịnh tiến đ−ợc chiếu lên các trục của toạ độ đ−ợc chọn trong cột này. L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 15 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN • Định cấu hình cho vùng Orientation Vùng Orientation cho mỗi hệ toạ độ Body xác định h−ớng của bộ ba trục hệ toạ độ đó nh− một nh− một vector quay: Vector h−ớng xác định vector quay có ba thành phần ° Thành phần bằng số của vector mang theo đơn vị của nó. ° Sự quay đ−ợc định h−ớng đối với bộ những trục toạ độ của hệ toạ độ tồn tại tr−ớc trong môhình máy của bạn. ° Những thành phần vector h−ớng đ−ợc thể hiện trong sự qui −ớc miêu tả chuyển động quay. Hình 1.2.1.1d: Bảng thông số xác định h−ớng của body * Orientation vector (Vector h−ớng) Nhập vào những thành phần của vector quay mà xác định h−ớng những trục hệ toạ độ Body. ý nghĩa hình học của những thành phần đó đ−ợc xác định bởi cột “Specified using convention”. Những mục nhập đặc biệt đối với hệ toạ độ trọng tâm định h−ớng các trục hệ toạ độ trọng tâm. Cùng với mục nhập Inertia tensor trong Mass properties, những trục hệ toạ độ trọng tâm định h−ớng toàn bộ Body về hệ toạ độ khác trong máy móc của bạn. * Units Lựa chọn đơn vị góc cho sự quay, độ hoặc rad. Ngầm định là độ. Relative to coordinate system Trong danh mục kéo xuống, lựa chọn hệ toạ độ tồn tại tr−ớc trong mô hình máy của bạn mà định nghĩa h−ớng ban đầu cho chuyển động quay. Sự lựa chọn là WORLD, ADJOINING, và những hệ toạ độ khác trên Body này. L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 16 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN * Specified using convention Trong danh mục kéo xuống, lựa chọn kiểu biểu diễn cho chuyển động quay: Rotation Conventions (Những qui −ớc quay) Có ba qui −ớc chung miêu tả chuyển động quay: • Euler Qui −ớc góc Euler ấn định chuyển động quay những trục hệ toạ độ Body bởi sự quay xung quanh ba trục theo thứ tự. Những thành phần của vector cột 1x3 là lần l−ợt là góc quay xung quanh trục X, Y, Z băng đơn vị độ hoặc rad. Ví dụ nh−, Euler X-Y-Z có nghĩa là quay xung quanh trục X đầu tiên, tiếp theo là xung quanh trục Y, kế tiếp là xung quanh trục Z. • 3-by-3 Transform (Biến đổi ma trận 3x3) Qui −ớc transform xác định sự quay nh− một ma trận quay trực giao không thứ nguyên. Sự nghịch đảo ma trận trực giao R là bằng ma trận chuyển vị: R- 1=RT. Cột của R là những vector đơn vị (x,y,z) theo những trục hệ toạ độ Body. Danh mục những đơn vị là không hoạt động. • Quaternion Qui luật Quaternion xác định sự quay d−ới hình thức góc trục nh− một vector cột không thứ nguyên 1x4 [nx*sin( /2) ny*sin( /2) nz*sin( /2) cos( /2)] n=(nx, ny, nz) là một vector ba thành phần với chiều dài đơn vị:n*n = nx2 + ny2 + nz2 = 1 Vector đơn vị n xác định trục quay. Góc quay xung quanh trục đó là θ và tuân theo quy tắc bàn tay phải. 1.2.1.2. Khối Ground Mục đích Biểu diễn một điểm cố định trên nền/giá đỡ, nơi đặt gốc của hệ toạ độ World. Mô tả Một khối Ground biểu diễn một điểm cố định trong hệ toạ độ tuyệt đối World. Gắn khối này vào một bên của khớp để ngăn chặn sự chuyển động của bên đó của khớp. Nh− vậy thì khối này t−ơng ứng với một ngàm. L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 17 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Ground nằm trong th− viện Bodies và nó chính là một body đặc biệt. Nh−ng chúng ta chỉ có thể nối một đầu của nó với một khớp. Các khối ground tự động lấy hệ toạ độ có các trục song song với hệ tọa động World( gắn tại một trong các ground tr−ớc đó) và gốc tại ground point. Bất kì một mô hình Simmechanics nào cũng cần có ít nhất một ground Bạn không thể nối các khối cảm biến cũng nh− kích động vào ground bởi vì chúng đâu có chuyển động. Bảng thông số Hình 1.2.1.2: Bảng thông số xác định Ground Thông số của ground chỉ có toạ độ gốc của ground trong hệ toạ độ World, đó là một véctơ có ba thành phần và đơn vị của nó. Khi bạn nhập thông số cho ground là [0 0 0] thì ground đó chính là tại gốc toạ độ Wrold. 1.2.2. Th− viện Constraints & Drivers 1.2.2.1. Khối Angle driver Mục đích Định rõ góc giữa hai vector trục của Body nh− một hàm theo thời gian Mô tả Khối Angle Driver truyền dẫn động các vector trục đã đ−ợc định nghĩa trên hai Body. Bạn định rõ các vector trục của “follower body” và “base body” cố định aB, aF L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 18 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN trong hệ toạ độ Body trên mỗi Body ở các bên của “Angle Driver”, sau đó truyền dẫn động góc giữa những vector trục body nh− một hàm của thời gian. Khối Angle Driver định rõ góc θ đ−ợc định nghĩa bởi công thức cos = |aB.aF|/(|aB|.|aF|) nh− một hàm của thời gian: = f(t) . Bạn liên kết khối Angle Driver với một khối Driver Actuator. Tín hiệu vào Simulink trong Driver Actuator xác định hàm truyền phụ thuộc thời gian f(t) và hai đạo hàm đầu của nó cũng nh− những đơn vị của nó. Nếu bạn không kích động Angle Driver, khối này hoạt động nh− một sự c−ỡng bức thời gian độc lập mà làm cố định góc giữa hai trục Body ở tại giá trị ban đầu của nó trong suốt quá trình mô phỏng. Các Driver hạn chế bậc tự do t−ơng đối giữa một cặp Body nh− hàm thời gian định ra. Một cách cục bộ trong máy, ng−ời ta thay thế một khớp nh− là sự diễn đạt bậc tự do. Một cách toàn diện, khối Driver phải xuất hiện trong những vòng đóng. Nh− những Body đ−ợc kết nối với khớp, hai Body đ−ợc kết nối với Driver theo thứ tự nh− base và follower, ấn định h−ớng chuyển động t−ơng đối. Bạn cũng có thể nối một khối Driver với một Constraint&Driver Sensor, mà đo những phản lực/mômen giữa những Body truyền động. Hộp thoại và những thông số (Dialog Box and Parameters) Hình 1.2.2.1: Bảng thông số của khối Angle Driver L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 19 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Các thông số của khối Angle Driver • Fixed axis: cho Base Body và Follower Body, theo thứ tự, nhập vào những vector trục body. Ngầm định là [1 0 0]. • Reference csys (hệ toạ độ quy chiếu): Sử dụng danh mục kéo xuống, chọn hệ toạ độ (World, base Body CS, hoặc follower Body CS) mà những trục toạ độ của chúng và những vector trục follower Body và base Body là cùng h−ớng với nhau. Hệ toạ độ này cũng xác định phản lực/mômen mang ý nghĩa tuyệt đối. Ngầm định là WORLD. 1.2.2.2. Khối Distance driver Mục đích Định rõ khoảng cách giữa hai gốc hệ toạ độ Body nh− một hàm theo thời gian Mô tả Khối Distance Driver truyền dẫn động khoảng cách giữa hai gốc của hai hệ toạ độ Body nh− một hàm thời gian mà bạn định rõ. Hàm này phải luôn luôn đ−ợc giữ không âm trong khi mô phỏng. Cho r1, r2 là những vector vị trí gốc của CS1 trên một Body và của CS2 trên một Body khác. Distance Driver định ra khoảng cách vô h−ớng |r1 - r2| giữa những điểm đó nh− một hàm thời gian: |r1 - r2| = f(t). Bạn nối khối Distance Driver với một khối Driver Actuator. L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 20 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Hộp thoại và những thông số (Dialog Box and Parameters) Hình 1.2.2.2: Bảng thông số của khối Distance Driver Hộp thoại có một vùng hoạt động, Connection parameters. Vùng này hoạt động một cách tự động. 1.2.2.3. Khối Linear driver Mục đích Định rõ một thành phần vector nối hai gốc hệ toạ độ Body nh− một hàm theo thời gian Mô tả Khối Linear Driver định rõ một thành phần của vector nối hai gốc hệ toạ độ nh− một hàm của thời gian. Cho r1, r2 là vector vị trí gốc của CS1 trên một Body, CS2 trên một Body khác, và R=r1-r2. Khối Linear Driver ấn định một thành phần của vector R=(X,Y,Z) đ−ợc chiếu trên những trục hệ toạ độ World, nh− một hàm thời gian: X, Y, or Z = f(t). Bạn nối một khối Driver Actuator với Linear Driver L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 21 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Hộp thoại và những thông số (Dialog Box and Parameters) Hình 1.2.2.3: Bảng thông số của khối Linear Driver Các thông số của khối Linear Driver World axis: Trong danh mục kéo xuống, lựa chọn một thành phần của vector R giữa những gốc hệ toạ độ Body mà bạn muốn truyền động nh− một hàm thời gian. Những thành phần đ−ợc đo đối với những trục hệ toạ độ World. Sự lựa chọn là X, Y, hoặc Z. Ngầm định là X. 1.2.2.4. Khối Velocity driver Mục đích Định rõ một sự kết hợp tuyến tính giữa vận tốc dài và vận tốc góc của hai Body nh− một hàm của thời gian Mô tả Khối Velocity Driver truyền dẫn sự kết hợp tuyến tính của vận tốc góc và vận tốc dài đã đ−ợc chiếu của hai Body. Những vận tốc đ−ợc chiếu bởi các tích số bên trong trên những vector không đổi mà bạn ấn định. Cho vB, vF là hai vector vận tốc dài Body và ωB, ωF là hai vector vận tốc góc Body. Cho cB, cF, dB, dF là những vector cố định. Các chỉ số B và F ám chỉ base body và L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 22 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN follower body. Khối Velocity Driver ấn định sự kết hợp tuyến tính này bởi: cB vB + dB B - cF vF - dF F = f(t) nh− một hàm thời gian f(t). Bạn định rõ vector cB, cF, dB, dF. Bạn cũng nối một khối Driver Actuator với Velocity Driver. Hộp thoại và những thông số (Dialog Box and Parameters) Hình 1.2.2.4: Bảng thông số của khối Velocity Driver Các thông số của khối Velocity Driver • Angular velocity units Từ danh mục kéo xuống, lựa chọn những đơn vị chung cho tất cả những vector vận tốc góc. Ngầm định là deg/s Những vector dB và dF hoàn toàn mang những đơn vị chuyển đổi của chiều dài/góc. Hàm truyền f(t) có những đơn vị vận tốc dài mà bạn cài đặt trong khối Driver Actuator bạn nối với Velocity Driver. Nếu đơn vị f(t) là khác so với những đơn vị đ−ợc đặt trong Linear velocity units trong hộp thoại này, những vector dB và dF hoàn toàn mang thêm nh−ng đơn vị chuyển đổi. • Linear velocity units Từ danh mục kéo xuống, chọn đơn vị chung cho tất cả những vận tốc dài. Ngầm định là m/s. L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 23 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Hàm truyền f(t) có đơn vị đo vận tốc dài đ−ợc cài đặt trong khối Driver Actuator mà bạn liên kết với Velocity Driver. Nếu đơn vị hàm số f(t) khác đơn vị vận tốc dài trong hộp thoại, vector cB và cF sẽ mang đơn vị thay thế. • Velocity coefficients for base Phía d−ới [x y z], nhập vào các vector hệ số vận tốc dài và vận tốc góc cho base Body. Có các thành phần của dB và cB, theo thứ tự. Ngầm định là [1 0 0]. Trong danh mục kéo xuống, lựa chọn các hệ toạ độ (World hoặc Base) mà các vector dB và cB là cùng h−ớng với các trục toạ độ của nó. Ngầm định là WORLD. Những vector dB và cB mang hoàn toàn các đơn vị chuyển đổi để biến đổi tất cả các vận tốc sang đơn vị vận tốc dài chung của f(t) mà bạn đã cài đặt trong khối Driver Actuator đ−ợc nối. • Velocity coefficients for follower Phía d−ới [x y z], nhập vào các vector hệ số vận tốc dài và vận tốc góc cho follower Body. Có những thành phần của dF và cF, theo tuần tự. Ngầm định là [1 0 0]. Trong danh mục kéo xuống, lựa chọn các hệ toạ độ (World hoặc Follower) mà các vector dF và cF là cùng h−ớng với những trục của nó. Ngầm định là WORLD. Những vector dB và cB mang hoàn toàn những đơn vị chuyển đổi để biến đổi tất cả những vận tốc sang đơn vị vận tốc dài chung của f(t) mà bạn đã cài đặt trong khối Driver Actuator đ−ợc nối. 1.2.2.5. Khối Point- curve driver Mục đích C−ỡng bức chuyển động của một điểm trên một Body di chuyển dọc theo một đ−ờng cong trên một Body khác Mô tả Hai Body đ−ợc nối bởi Point-Curve Constraint chỉ có thể di chuyển t−ơng đối với Body kia nếu một điểm trên một Body di chuyển dọc theo một đ−ờng cong trên một Body khác. Điểm trên một Body là gốc của hệ toạ độ Body mà một bên của Point- Curve Constraint nối. T−ơng ứng với điểm bắt đầu của đ−ờng cong trên Body thứ hai là gốc của hệ toạ độ Body mà bên thứ hai của Point-Curve Constraint đ−ợc nối. Specifying the curve: Bạn xác định hàm đ−ờng cong trên Body thứ hai nh− một đ−ờng spline với những điểm rời và điều kiện kết thúc. L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 24 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Hộp thoại và những thông số (Dialog Box and Parameters) Hình 1.2.2.5: Bảng thông số của khối Point – Curve Contraint Hộp thoại có hai vùng hoạt động, Connection parameters và Spline specification. Nó l−u giữ thông tin xác định của một đ−ờng đơn spline cho sự c−ỡng ép. • Specifying the Spline Hộp thoại Point-Curve Constraint cho bạn hai cách để xác định đ−ờng cong spline. Cách thứ nhất là vào hộp thoại này những toạ độ điểm gẫy và điểm kết thúc trên follower và là thích hợp cho việc xác định đ−ờng cong ba chiều. Cách thứ hai là hiển thị đồ thị và sửa chỉnh đ−ờng spline trong Edit spline editor (xem sau), chỉ thích hợp cho đ−ờng cong hai chiều trên follower. * Break point Danh sách ở đây những thành phần theo trục x, y, z theo thứ tự, của những điểm gẫy và điểm kết thúc mà định nghĩa cho spline: X: vào (x0, x1, ..., xN+1) nh− một vector. Y: vào (y0, y1, ..., yN+1) nh− một vector. Z: vào (z0, z1, ..., zN+1) nh− một vector. L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 25 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN * Units Trong danh mục kéo xuống, lựa chọn đơn vị chiều dài cho khoảng cách trên những Body đ−ợc c−ỡng ép. Ngầm định là m * End conditions Trong danh mục kéo xuống, lựa chọn kiểu điều kiện cuối trên đ−ờng cong spline. Có thể là những điều kiện: End Condition Định nghĩa Số điểm tối thiểu Natural Khớp mỗi đ−ờng dốc cuối với đ−ờng dốc thuộc loại đ−ờng bậc ba (đ−ờng cubic) để làm cho vừa bốn điểm đầu ở sự kết thúc đó Hai điểm Not-a-knot Chỉ đ−ờng cong và đạo hàm đầu của nó là liên tục ở điểm đầu và điểm bên trong cuối Bốn điểm Periodic Làm cho hợp đạo hàm thứ nhất và thứ hai của hai điểm cuối Hai điểm, ba điển là tốt nhất Ngầm định là natural. Điều kiện cuối Periodic đóng đ−ờng spline. 1.2.2.6. Khối Parallel constraint Mục đích C−ỡng bức vector trục Body của hai Body luôn song song Mô tả Hai Body đ−ợc nối bởi Parallel Constraint là đ−ợc khống chế chuyển động quay t−ơng đối giữa chúng. Parallel Constraint đ−ợc nối trên các phía với một hệ toạ độ Body, một trên mỗi Body. Một vector aB đ−ợc định nghĩa trong một hệ toạ độ Body trên base Body giữ song song với một vector thứ hai aF đ−ợc định nghĩa trong hệ hệ toạ độ Body kia trên follower body. Khối Parallel Constraint yêu cầu rằng: |aB aF|/(|aB||aF|) = 1 L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 26 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Bạn ấn định h−ớng ban đầu để mà cả hai vector phải đ−ợc giữ song song. Hộp thoại và những thông số (Dialog Box and Parameters) Hình 1.2.2.6: Bảng thông số của khối Parallel Constraints Các thông số của khối Parallel Constraints (Parameters) • Parallel constraint axis [x y z] Nhập vào vector trục xác định h−ớng ban đầu của hai vector trục body ab, af. Những vector trục body đó đ−ợc khống chế để luôn đ−ợc giữ song song với h−ớng trục ban đầu. Ngầm định là [1 0 0]: t−ơng đ−ơng là trục X. • Reference csys ( hệ quy chiếu) Dùng danh mục kéo xuống, lựa chọn hệ toạ độ ( World, the base Body CS, hoặc the follower Body CS) mà những trục Parallel constraint ban đầu cùng h−ớng với những trục toạ độ của nó. CS này cũng quyết định ý nghĩa tuyệt đối của lực/mômen phản lực ở Constraint này. ngầm định là WORLD. 1.2.2.7. Khối Gear constraint Mục đích C−ỡng bức chuyển động quay của hai Body di chuyển dọc theo vòng tròn b−ớc răng tiếp tuyến L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 27 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Mô tả Hai Body đ−ợc nối bởi một khối Gear Constraint là đ−ợc khống chế quay t−ơng đối dọc theo vòng tròn b−ớc ở mỗi Body. Các tâm vòng tròn b−ớc là các gốc của các hệ toạ độ Body ở chỗ khối Gear Constraint đ−ợc nối nằm trên hai bên. Vòng tròn b−ớc là tiếp tuyến ở chỗ tiếp xúc. Cho r1, r2 là bán kính của hai vòng tròn b−ớc và ω1, ω2 là vận tốc góc của hai Body. Gear Constraint yêu cầu: 1r1 = 2r2 Bạn ấn định bán kính r1, r2 của vòng tròn b−ớc. Hình 1.2.2.7a: Ví dụ sử dụng khối Gear Contraint Đây là một ví dụ đơn giản cho biết kết cấu một phần mô hình có sử dung khối Gear Constraint. L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 28 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Hộp thoại và những thông số (Dialog Box and Parameters) Hình 1.2.2.7b: Bảng thông số của khối Gear Constraint Các thông số của khối Gear Constraint (Parameters) • Pitch circle located at base Nhập bán kính và đơn vị cho vòng tròn b−ớc ở hệ toạ độ base Body. Ngầm định là 1 và m. • Pitch circle located at follower Nhập bán kính và đơn vị cho vòng tròn b−ớc ở hệ toạ độ follower Body. Ngầm định là 1 m. 1.2.3. Th− viện Joints: 1.2.3.1. Khối Primastic Mục đích: Biểu diễn một khớp lăng trụ với một bậc tự do tịnh tiến L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 29 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Mô tả Khối Prismatic biểu diễn một bậc tự do tịnh tiến đơn dọc một trục đ−ợc xác định giữa hai Body. Khớp lăng trụ là một trong những khớp nguyên thuỷ của SimMechanics, cùng với khớp quay và khớp cầu. Khối Prismatic đã đ−ợc lắp ráp: bạn phải kết nối mỗi bên của khớp với một khối Body ở điểm gốc hệ toạ độ Body, và những gốc của hệ toạ độ Body đó phải lằm dọc trục lăng trụ, với dung sai lắp ghép bên trong. Những gốc hệ toạ độ Body đó không cần đ−ợc sắp xếp vào một chỗ trong không gian. Bạn có thể nối khối Joint nào đó với hai và chỉ hai khối Body, và mỗi Joint có hai cổng nối ngầm định cho sự kết nối base Body và follower Body. Một khối Joint chỉ miêu tả chuyển động t−ơng đối t−ởng t−ợng của hai Body, không là chính những Body. Bạn phải ấn định một hệ toạ độ quy chiếu để xác định h−ớng của trục khớp. Hình 1.2.3.1a: Mô hình khớp tr−ợt Chuyển động tịnh tiến của follower (xanh) t−ơng đối với base (đỏ) L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 30 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Hộp thoại và những thông số Hình 1.2.3.1b: Bảng thông số của khối Prismatic Hộp thoại có hai vùng hoạt động, Connection parameters và Parameters. • Connection Parameters ° Current base Khi bạn nối cổng nối base trên khối Prismatic với một cổng hệ toạ độ Body trên Body, thông số này tự động cài đặt lại tên hệ toạ độ này. ° Curren follower Khi bạn nối cổng nối follower trên khối Prismatic với một cổng hệ toạ độ Body trên Body, thông số này tự động cài đặt lại tên hệ toạ độ này. ° Number of sensor/actuator ports Sử dụng danh mục quay tròn, bạn có thể đặt số những cổng nối thêm cần cho việc nối khối Joint Actuator hay khối Joint Sensor với khối này. Ngầm định là 0. L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 31 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN • Thông số Lựa chọn giữa các bảng Axes và Advanced với các thông số của nó. Các mục nhập trên bảng Axes đ−ợc yêu cầu. Chúng xác định h−ớng của bậc tự do tịnh tiến mà khớp lăng trụ thể hiện. Hình 1.2.3.1c: Thông số xác định hứơng trục ° Name Cột này tự động hiển thị kiểu của mỗi khớp nguyên thuỷ chứa trong khối Joint. Với Prismatic, có chỉ một khớp nguyên thuỷ, một khớp lăng trụ, nhãn là P1. ° Primitive Nhập vào ở đây nh− một vector 3 thành phần, h−ớng trục dọc theo h−ớng mà bậc tự do tịnh tiến có thể di chuyển. Vector ngầm định là [0 0 1]. ° Reference csys Sử dụng danh mục kéo xuống, lựa chọn hệ toạ độ (World, base Body CS, hay Follower Body CS) mà những trục hệ toạ độ của nó và vector trục tịnh tiến là cùng h−ớng. Hệ toạ độ này cũng xác định tuyệt đối nghĩa là lực và chuyển động dọc trục khớp. Ngầm định là World. • Advance Bảng Advanced đ−ợc chọn. Bạn sử dụng nó để điều khiển SimMechanics thể hiện topology d−ới dạng biểu đồ. L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 32 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Lựa chọn “Mark as the preferred cut joint” Trong một vòng đóng, một và chỉ một khớp đ−ợc giao nhau trong suốt quá trình mô phỏng. SimMechanics làm sự giao nhau bên trong và tự động. Nếu bạn muốn khớp đặc biệt này đ−ợc −u đãi thêm cho việc giao nhau trong suốt quá trình mô phỏng thì lựa chọn ô chọn. Ngầm định là không đ−ợc chọn. 1.2.3.2. Khối Revolute Mục đích Biểu diễn một khớp quay kết hợp với một bậc tự do tịnh tiến. Mô tả Khối Revolute miêu tả một bậc tự do quay đơn xung quanh một trục xác định giữa hai Body. H−ớng quay đ−ợc xác định theo quy tắc bàn tay phải. Khớp quay là một trong những khớp nguyên thuỷ SimMechanics, cùng với khớp lăng trụ và khớp cầu. Khối Revolute đ−ợc lắp ghép: Bạn phải nối mỗi bên của khối Joint với khối Body tại những điểm hệ toạ độ Body, và những gốc hệ toạ độ đó phải là những điểm sắp xếp trong không gian, với dung sai lắp ghép bên trong. Hình 1.2.3.2a: Mô hình khớp quay L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 33 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Hộp thoại và những thông số (Dialog Box and Parameters) Hình 1.2.3.2b: Bảng thông số của khối Revolute Các thông số của khối Revolute Các thông số ở đây có vai trò nh− những thông số đối với khớp Prismatic vì vậy khi lựa chọn thì th−c hiện t−ơng tự. Thông số quan trọng để cho khớp quay hoạt động là trục quay và việc ấn định hệ toạ độ xác định trục quay đó. 1.2.3.3. Khối Spherical Mục đích Biểu diễn một khớp cầu lắp ghép với ba bậc tự do quay. Mô tả Khối Spherical biểu diễn ba bậc tự do quay tại một điểm trung tâm, khớp quả cầu-hốc. Hai bậc tự do quay xác định một h−ớng trục, và bậc tự do quay thứ ba xác định chuyển động quay xung quanh h−ớng trục đó. h−ớng của mỗi bậc tự do L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 34 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN quay đ−ợc xác định theo qui tắc bàn tay phải, và ba chuyển động quay cung nhau tạo thành một hệ thống bàn tay phải. Khớp cầu là một trong số những khớp nguyên thuỷ SimMechanics, cùng với khớp lăng trụ và khớp quay. Hình 1.2.3.3a: Mô hình khối khớp cầu Hộp thoại và những thông số (Dialog Box and Parameters) Hình 1.2.3.3b: Bảng thông số của khối Sperical Các thông số của khối Các thông số ở đây có vai trò nh− những thông số đối với khớp Prismatic vì vậy khi lựa chọn thì thực hiện t−ơng tự. Thông số quan trọng để cho khớp cầu hoạt động là điểm quay và việc ấn định hệ toạ độ xác định điểm quay đó. L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 35 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN 1.2.3.4. Khối Planar Mục đích Biểu diễn một khớp kết hợp với hai bậc tự do tịnh tiến và một bậc tự do quay, với trục quay trực giao với mặt phẳng các trục tịnh tiến. Mô tả Khối Planar biểu diễn một khớp kết hợp với hai bậc tự do tịnh tiến nh− hai khớp nguyên thuỷ Prismatic và một bậc tự do quay nh− một khớp nguyển thuỷ Revolute. Trục quay phải trực giao với mặt phẳng đ−ợc xác định bởi hai trục tịnh tiến. Hình 1.2.3.4a: Mô hình khớp hai bậc tự do tịnh tiến kết hợp một bậc tự do quay L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 36 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Hộp thoại và những thông số (Dialog Box and Parameters) Hình 1.2.3.4b: Bảng thông số của khối Planar Các thông số của khối Các thông số ở đây có vai trò nh− những thông số đối với khớp Prismatic và khớp Revolute vì vậy khi lựa chọn thì th−c hiện t−ơng tự. 1.2.3.5. Khối Univeral Mục đích Biểu diễn một khớp kết hợp hai bậc tự do quay( cơ cấu các_đăng) Mô tả Khối Universal biểu diễn một khớp kết hợp hai bậc tự do quay nh− hai khớp nguyên thuỷ Revolute. Không có sự c−ỡng bức giữa các khớp. L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 37 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Hình 1.2.3.5a: Mô hình khớp các_đăng Hộp thoại và những thông số (Dialog Box and Parameters) Hình 1.2.3.5b: Bảng thông số của khớp Universal Các thông số của khối Universal Các thông số ở đây có vai trò nh− những thông số đối với khớp Revolute vì vậy khi lựa chọn thì th−c hiện t−ơng tự. L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 38 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN 1.2.3.6. Khối Cylindrical Mục đích Biểu diễn một khớp kết hợp một bậc tự do tịnh tiến và một bậc tự do quay, với trục quay và trục tịnh tiến song song với nhau( khớp trụ). Mô tả Khối Cylindrical biểu diễn một khớp kết hợp với một bậc tự do tịnh tiến nh− một khớp lăng trụ và một bậc tự do quay nh− một khớp nguyên thuỷ quay. Trục quay và trục tịnh tiến phải là song song. Hình 1.2.3.6a: Mô hình khớp trụ Hộp thoại và những thông số Hình 1.2.3.6b: Bảng thông số của khối Cylindrical L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 39 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Các thông số của khối Cylindrical Các thông số ở đây có vai trò nh− những thông số đối với khớp Prismatic và khớp Revolute vì vậy khi lựa chọn thì th−c hiện t−ơng tự. 1.2.3.7. Khối Gimbal Mục đích Biểu diễn một khớp kết hợp ba bậc tự do quay Mô tả Khối Gimbal biểu diễn một khớp kết hợp với ba bậc tự do quay nh− ba khớp nguyên thuỷ quay. Không có sự c−ỡng bức giữa các khớp. Hình 1.2.3.7a: Mô hình khớp kết hợp ba bậc tự do quay L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 40 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Hộp thoại và những thông số Hình 1.2.3.7b: Bảng thông số của khối Gimbal Các thông số của khối Gimbal Các thông số ở đây có vai trò nh− những thông số đối với khớp Revolute vì vậy khi lựa chọn thì th−c hiện t−ơng tự. 1.2.3.8. Khối Custom joint Mục đích Biểu diễn một khớp kết hợp tuỳ ý với d−ới ba bậc tự do tịnh tiến và d−ới ba bậc tự do quay. L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 41 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Mô tả Khối Custom là một khối kết hợp mà bạn có thể tuỳ biến với sự kết hợp đặc biệt các khớp nguyên thuỷ miêu tả chung nhất và không c−ỡng bức bậc tự do theo ba h−ớng: • D−ới ba bậc tự do tịnh tiến nh− ba khớp nguyên thuỷ lăng trụ • D−ới ba bậc tự do quay: + Nh− một khớp nguyên thuỷ cầu đơn + Nh− hai hoặc ba khớp nguyên thuỷ Bạn có thể thêm, định cấu hình, và xoá những khớp nguyên thuỷ đó từ Custom Joint, với số ít nhất và ngầm định là một khớp. Thuộc tính của mỗi khớp là nh− riêng khớp đó cùng với tên t−ơng tự. Hộp thoại và những thông số Hình 1.2.3.8: Bảng thông số khối Custom Joint L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 42 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Các thông số của khối Custom Joint Các thông số ở đây có vai trò nh− những thông số đối với khớp Prismatic, Revolute, Spherical vì vậy khi lựa chọn thì th−c hiện t−ơng tự. 1.2.3.9. Khối Weld Mục đích Biểu diễn một khớp không bậc tự do( Mối nối cứng). Mô tả Khối Weld biểu diễn một khóp không bậc tự do. Hai Body đã nối với các phía khác nhau của khối Weld đ−ợc khoá cứng với nhau, mà không thể chuyển động t−ơng đối. Hình 1.2.3.9a: Mô hình mối nối cứng Hộp thoại và những thông số Hình 1.2.3.9b: Bảng thông số của khối Weld L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 43 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Các thông số của khối Weld Thông số quan trọng đối với khớp này là trục động (Axis of action) và hệ toạ độ xác định trục động đó. 1.2.3.10. Khối Telescoping Mục đích Biểu diễn một khớp kết hợp một bậc tự do tịnh tiến và ba bậc tự do quay. Mô tả Khối Telescoping biểu diễn một khớp kết hợp với một bậc tự do tịnh tiến nh− khớp nguyên thuỷ lăng trụ và ba bậc tự do quay nh− khớp nguyên thuỷ cầu. Không có sự c−ỡng bức giữa các khớp. Không nh− Bearing, Telescoping biểu diễn các bậc tự do quay nh− một khớp cầu, hơn là ba chuyển động quay. Hình 1.2.3.10a: Mô hình khớp kết hợp ba bậc tự do quay với một bậc tự do tịnh tiến L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 44 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Hộp thoại và những thông số Hình 1.2.3.10b: Bảng thông số của khối Telescoping Các thông số của khối Telescoping Các thông số ở đây có vai trò nh− những thông số đối với khớp Prismatic, Spherical vì vậy khi lựa chọn thì th−c hiện t−ơng tự. 1.2.3.11. Khối In-Plane Mục đích Biểu diễn một khớp kết hợp với hai bậc tự do tịnh tiến Mô tả Khối biểu diễn một khớp kết hợp với hai bậc tự do tịnh tiến nh− hai khớp nguyên thuỷ lăng trụ. Không có sự c−ỡng bức giữa các khớp. L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 45 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Hình 1.2.3.11a: Mô hình khớp hai bậc tự do tịnh tiến Hộp thoại và những thông số Hình 1.2.3.11b: Bảng thông số của khối In-Plane Các thông số của khối In-Plane Các thông số ở đây có vai trò nh− những thông số đối với khớp Prismatic vì vậy khi lựa chọn thì th−c hiện t−ơng tự. L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 46 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN 1.2.3.12. Khối Bushing Mục đích Biểu diễn một khớp kết hợp với ba bậc tự do tịnh tiến và ba bậc tự do quay. Mô tả Khối Bushing biểu diễn một khớp kết hợp với ba bậc tự do tịnh tiến nh− ba khớp nguyên thuỷ lăng trụ và ba bậc tự do quay nh− ba khớp nguyên thuỷ quay. Không có sự c−ỡng bức giữa các khớp. Không nh− Six-DoF, Bushing biểu diễn các bậc tự do quay nh− ba chuyển động quay, hơn là một khớp cầu. Hộp thoại và những thông số Hình 1.2.3.12: Bảng thông số của khối Bushing L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 47 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Các thông số của khối Bushing Các thông số ở đây có vai trò nh− những thông số đối với khớp Prismatic và Revolute vì vậy khi lựa chọn thì th−c hiện t−ơng tự. 1.2.3.13. Khối Bearing Mục đích Biểu diễn một khớp kết hợp với một bậc tự do tịnh tiến và ba bậc tự do quay. Mô tả Khối Bearing biểu diễn một khớp kết hợp với một bậc tự do tịnh tiến nh− khớp nguyên thuỷ lăng trụ và ba bậc tự do quay nh− ba khớp nguyên thuỷ quay. Không có sự c−ỡng bức giữa các khớp. Không nh− Telescoping, Bearing biểu diễn các bậc tự do quay nh− ba khớp quay, hơn là một khớp cầu. Hình 1.2.3.13a: Mô hình khớp Bearing L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 48 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Hộp thoại và những thông số Hình 1.2.3.13b: Bảng thông số của khối Bearing Các thông số của khối Bearing Các thông số ở đây có vai trò nh− những thông số đối với khớp Prismatic và Revolute vì vậy khi lựa chọn thì th−c hiện t−ơng tự. 1.2.3.14. Khối Sĩx-DoF Mục đích Miêu tả một khớp kết hợp với ba bậc tự do tịnh tiến và ba bậc tự do quay Mô tả Khối Six-DoF biểu diễn một khớp kết hợp với ba bậc tự do tịnh tiến nh− ba khớp nguyên thuỷ lăng trụ và ba bậc tự do quay nh− là một khớp nguyên thuỷ cầu. Không L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 49 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN có sự c−ỡng bức giữa các khớp nguyên thuỷ. Không nh− Bushing, Six-DoF biểu diễn các bậc tự do quay nh− là một khớp cầu, hơn là ba chuyển động quay. Hộp thoại và những thông số Hình 1.2.3.14: Bảng thông số của khối 6 bậc tự do Các thông số của khối Six-DoF Các thông số ở đây có vai trò nh− những thông số đối với khớp Prismatic và Spherical vì vậy khi lựa chọn thì th−c hiện t−ơng tự. 1.2.3.15. Khối Screw Mục đích Biểu diễn một khớp kết hợp với một bậc tự do tịnh tiến và một bậc tự do quay, với trục tịnh tiến và trục quay là song song và một sự c−ỡng bức bậc tuyến tính giữa chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay. L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 50 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Mô tả Khối Screw biểu diễn một khớp kết hợp với một bậc tự do tịnh tiến nh− một khớp nguyên thuỷ lăng trụ và một bậc tự do quay nh− một khớp nguyên thuỷ quay. Các trục tịnh tiến và quay là song song. Các bậc tự do tịnh tiến và quay đ−ợc c−ỡng bức bởi sự c−ơng bức b−ớc để có tỉ lệ chuyển động. Hình 1.2.3.15a: Hình vẽ mô tả khối vít me - đai ốc Hộp thoại và những thông số Hình 1.2.3.15b: Bảng thông số khối Screw L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 51 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Các thông số của khối Screw • Các thông số ở đây có vai trò nh− những thông số đối với khớp Prismatic và Revolute vì vậy khi lựa chọn thì th−c hiện t−ơng tự. • Thông số b−ớc Thông số b−ớc điều khiển Screw dịch chuyển đoạn bao nhiêu cho mỗi vòng quay. Pitch: khoảng chiều dài mà Screw di chuyển dọc trục Screw cho một vòng quay hoàn chỉnh 3600. Ngầm định là 1. Unit (per revolute): trong danh mục kéo xuống, lựa chọn đơn vị cho khoảng chiều dài b−ớc. Ngầm định là mm. 1.2.4. Th− viện Sensor & Actuators 1.2.4.1. Khối Body actuator Mục đích Tác dụng lực/ mômen vào một Body Mô tả Khối Body Actuator kích hoạt một khối Body với tín hiệu lực suy rộng, thể hiện lực/ mômen tác động tới một Body • Lực cho chuyển động tịnh tiến • Mômen cho chuyển động quay Lực suy rộng là một hàm theo thời gian đã xác định bởi một tín hiệu vào Simulink. Tín hiệu này có thể là tín hiệu Simulink nào đó, gồm cả tín hiệu phản hồi từ khối Sensor. Body Actuator gây ra tín hiệu kích động trong hệ toạ độ quy chiếu đã xác định trong hộp thoại. Cổng vào (Inport) là để đ−a tín hiệu vào Simulink. Cổng ra (Output) là cổng nối mà bạn dùng để nối với khối Body bạn muốn kích hoạt. L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 52 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Bạn nên cẩn thận phân biệt khối Body Actuator với những khối Driver: • Khối Body Actuator tác động những lực suy rộng vào một Body trong hệ toạ độ quy chiếu đã xác định. • Khối Driver truyền dẫn động bậc tự do t−ơng đối giữa những cặp Body. Những cách khác để kích động những Body (Other Ways to Actuate Bodies) Khối Body Actuator kích động một Body chỉ thông qua tín hiệu lực/mômen. Để kích động một Body với những tín hiệu chuyển động hoặc những điều kiện ban đầu, hoặc để truyền bậc tự do t−ơng đối giữa một cặp Body. Hộp thoại và những thông số (Dialog Box and Parameters) Hình 1.2.4.1a: Bảng thông số của khối Body Actuator Hộp thoại có một vùng hoạt động là Actuation. • Actuating body at coordinate system: Vùng này không hoạt động. Bạn lựa chọn hệ toạ độ Body ở nơi gây ra sự kích động bằng việc kết nối nó với Body Actuator. • Using reference coordinate system: trong danh mục kéo xuống, lựa chọn hệ toạ độ mà ở đó lực/mômen kích động đ−ợc thể hiện bởi nó: hoặc hệ toạ độ cục bộ (local) (Body CS) mà Actuator đ−ợc nối hoặc ngầm định là hệ toạ độ tuyệt đối (World). L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 53 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN D−ới đây là một Body Actuator đ−ợc nối với một Body Hình 1.2.4.1b: Ví dụ về cách sử dụng khối BodyActuator Bạn phải nối Body Actuator với Body ở tại một trong số những hệ toạ độ Body đ−ợc gắn của Body đó, tại cổng hệ toạ độ Body t−ơng ứng. Tín hiệu kích động hoạt động trên Body ở tại gốc của hệ toạ độ Body. • Generalized Forces Bạn có thể tác động một lực, một mômen hoặc cả lực suy rộng vào một Body. Nếu bạn tác động cả, bạn cần gói vector mômen và lực lại thành một tín hiệu 6 thành phần, theo thứ tự hiện trong hộp thoại. Apply torque (tác động bằng mômen) Lựa chọn ô chọn nếu một phần hoặc tất cả tín hiệu kích động là mômen quay. Ngầm định là không đ−ợc chọn. Mômen Simulink đ−a vào là một gói tín hiệu ba thành phần. Trong danh mục kéo xuống, chọn đơn vị cho mômen kích động. Ngầm định là N-m. Apply force (tác động bằng lực) Lựa chọn ô chọn nếu một phần hoặc tất cả tín hiệu kích động là lực tịnh tiến. Ngầm định là đ−ợc chọn. Lực Simulink đ−a vào là một gói tín hiệu ba thành phần. Trong danh mục kéo xuống, chọn đơn vị cho mômen kích động. Ngầm định là N. 1.2.4.2. Khối Joint actuator Mục đích Tác động lực/mômen hoặc tạo chuyển động cho một khớp nguyên thuỷ L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 54 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Mô tả Khớp giữa hai Body thể hiện bậc tự do t−ơng đối giữa những Body. Khối Joint Actuator kích hoạt một khối Joint nối giữa hai Body với một trong những tín hiệu sau: • Một lực suy rộng: + Lực cho chuyển động tịnh tiến dọc theo khớp nguyên thuỷ lăng trụ (khớp tịnh tiến) + Mômen cho chuyển động quay quanh một khớp nguyên thuỷ quay. • Một chuyển động Chuyển động tịnh tiến cho khớp nguyên thuỷ lăng trụ, d−ới dạng vị trí, vận tốc và gia tốc theo chiều dài. Tín hiệu vận tốc phải là đạo hàm của tín hiệu vị trí, và gia tốc là đạo hàm của vận tốc. Chuyển động quay cho khớp nguyên thuỷ quay, d−ới dạng vị trí, vận tốc, và gia tốc góc. Tín hiệu vận tốc góc phải là đạo hàm của tín hiệu vị trí góc, và gia tốc góc là đạo hàm của vận tốc góc. Lực suy rộng hoặc chuyển động là một hàm của thời gian đ−ợc xác định bởi một tín hiệu vào Simulink. Tín hiệu này có thể là tín hiệu Simulink nào đó, gồm cả tín hiệu phản hồi từ khối Sensor. Joint Actuator tác động tín hiệu kích động dọc/quay quanh trục khớp trong hệ toạ độ quy chiếu mà đã xác định khớp nguyên thuỷ đó trong hộp thoại của khớp. Joint kết nối base Body và follower Body. Thứ tự base-follower quyết định chiều của tín hiệu kích động. Cổng vào là tín hiệu vào Simulink. Cổng ra là cổng nối mà bạn nối với khối Joint bạn muốn kích động. Khối Joint Actuator kích động khớp nguyên thuỷ một lần: • Một khớp nguyên thuỷ (tịnh tiến hoặc quay) chỉ có một khớp nguyên thuỷ bên trong để kích động. • Một khớp kết hợp có nhiều khớp nguyên thuỷ bên trong, và bạn phải lựa chọn trong số những khớp nguyên thuỷ đó để kích động với Joint Actuator. L−u ý: Bạn không thể kết nối một Joint Actuator với khớp cầu. L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 55 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Hộp thoại và thông số (Dialog Box và Parameters) Hình 1.2.4.2a: Bảng thông số của khối JointActuator Hộp thoại có một vùng hoạt động( Actuation) • Connected to primitive Trong danh mục kéo xuống, lựa chọn khớp nguyên thuỷ bên trong khớp mà bạn muốn kích động với Joint Actuator. Một khối Joint nguyên thuỷ chỉ có một khớp nguyên thuỷ. L−u ý: Bạn không thể kết nối một Joint Actuator với một khớp cầu. Nếu Joint Actuator là không đ−ợc kết nối với khối Joint, danh mục này chỉ hiện Unknown L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 56 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN D−ới đây là Joint Actuator đ−ợc kết nối với khớp lăng trụ mà kết nối hai Body Hình 1.2.4.2b: Ví dụ về cách sử dụng khối JointActuator Bạn phải thêm một cổng Actuator (cổng kết nối) vào khối Joint để nối Joint Actuator với nó. Thứ tự base-follower Body trên hai phía của khớp quyết định chiều của dữ liệu Joint Actuator. Sử dụng những nút bấm radio bạn có thể chốt giữa hai kiểu kích động, Generalized forces và Motion. • Generalized Forces Lựa chọn này thể hiện tín hiệu kích động nh− một lực hoặc mômen giữa hai Body đ−ợc nối bởi khối Joint bạn đang kích động. Hình 1.2.4.2c: Lựa chọn tín hiệu kích động là lực Apply torque (tác động bằng mômen, chỉ cho chuyển động quay) Trong danh mục kéo xuống, lựa chọn đơn vị cho mômen kích động. Ngầm định là N-m. Lựa chọn này chỉ thích hợp nếu bạn nối khối Actuator với khớp quay. Tín hiệu vào Simulink có một thành phần. Apply force (tác động bằng lực, chỉ cho chuyển động tịnh tiến) Trong danh mục kéo xuống, lựa chọn đơn vị cho lực kích động. Ngầm định là N. lựa chọn này chỉ thích hợp nếu bạn kết nối khối Actuator này với khớp nguyên thuỷ lăng trụ. Tín hiệu vào Simulink có một thành phần. L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 57 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN • Motion Lựa chọn này thể hiện tín hiệu kích động nh− là một sự chuyển động của khớp nguyên thuỷ mà bạn nối với Joint Actuator Hình 1.2.4.2d: Lựa chọn tín hiệu kích động là tín hiệu chuyển động Apply translational motion (gây ra chuyển động tịnh tiến, chỉ với khớp lăng trụ) Trong danh mục kéo xuống, lựa chọn đơn vị cho vị trí, vận tốc và gia tốc kích động theo chiều dài. Apply rotational motion (gây ra chuyển động quay, chỉ đối với khớp quay) Trong danh mục kéo xuống, lựa chọn đơn vị cho vị trí, vận tốc và gia tốc kích động theo góc. 1.2.4.3. Khối Driver Actuator Mục đích Gây ra chuyển động t−ơng đối giữa một cặp Body c−ỡng bức thông qua một khối Driver. Mô tả Khối Driver Actuator kích động khối Driver nối giữa một cặp Body. Bạn nối khối với khối Driver nối giữa hai Body. Khối Driver thể hiện một sự c−ỡng bức phụ thuộc thời gian qua một bậc tự do t−ơng đối giữa hai Body. Một Driver yêu cầu một hàm phụ thuộc thời gian để xác định vị trí, vận tốc và gia tốc t−ơng đối của những Body L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 58 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN đ−ợc nối. Đầu ra của Driver Actuator là hàm phụ thuộc thời gian f(t) và hai đạo hàm đầu tiên của nó. Bạn xác định ba hàm này nh− một gói tín hiệu vào Simulink. Tín hiệu này có thể là tín hiệu Simulink nào đó, gồm cả phản tín hiệu từ khối Sensor , thoả mãn những điều kiện sau: • Tín hiệu phải gồm có gói ba thành phần. Ngoại lệ, Velocity Driver yêu cầu gói hai thành phần. • Ba thành phần phải theo thứ tự ( f(t), df(t)/dt d2f(t)/dt2 ). Ngoại lệ, với khối Velocity Driver yêu cầu một hàm và đạo hàm của nó ( f(t), df(t)/dt ) • Mỗi thành phần tín hiệu kế tiếp phải là đạo hàm theo thời gian của thành phần tr−ớc. • ý nghĩa đặc biệt của hàm f(t) tuỳ thuộc vào khối Driver đ−ợc nối mà đang đ−ợc kích động. Lựa chọn khối Driver đặc biệt một cách chi tiết. Những chuyển động theo chiều dài Những chuyển động theo góc Distance Driver Angle Driver Linear Driver Velocity Driver Driver nối base Body và follower Body. Thứ tự base-follower quyết định chiều của tín hiệu kích động. Cổng vào là tín hiệu vào Simulink. Cổng ra là cổng nối bạn nối với khối Driver mà bạn muốn kích động. L−u ý: Bạn không nhất thiết phải nối một khối Driver với Driver Actuator. Nếu bạn không kích động một Driver, khối Driver hoạt động nh− một sự c−ỡng bức không phụ thuộc thời gian mà làm tê liệt bậc tự do t−ơng đối đ−ợc truyền giữa hai Body, giữ ở trị số ban đầu của chúng trong suốt thời gian mô phỏng. L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 59 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Hộp thoại và những thông số (Dialog Box and Parameters) Hình 1.2.4.3a: Bảng thông số của khối DriverActuator Hộp thoại này có một vùng hoạt động( Actuation) D−ới đây là một Driver Actuator đã nối với Distance Driver, mà nối hai Body. Hình 1.2.4.3b: Ví dụ cách sử dụng khối DriverActuatorr Bạn phải thêm cổng Actuator (cổng nối) vào khối Driver để nối Driver Actuator với nó. Thứ tự base-follower Body trên hai phía của Driver quyết định h−ớng của dữ liệu Driver Actuator. Driver Actuator truyền chuyển động t−ơng đối giữa hai Body với Driver. Tính chất khối Driver đ−ợc nối quyết định chính xác ý nghĩa của dữ liệu kích động, bao gồm cả sự lựa chọn những đơn vị. L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 60 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN • Position Trong danh mục kéo xuống, lựa chọn đơn vị cho hàm kích động f(t) mà gây ra chuyển động t−ơng đối giữa hai Body. Nếu Driver Actuator đ−ợc nối với Velocity Driver , vùng nay không xuất hiện. • Velocity Trong danh mục kéo xuống, lựa chọn đơn vị cho hàm kích động df(t)/dt mà gây ra chuyển động t−ơng đối giữa hai Body. Nếu Driver Actuator đ−ợc nối với Velocity Driver , vùng này quy về hàm f(t). • Acceleration Trong danh mục kéo xuống, lựa chọn đơn vị cho hàm kích động d2f(t)/dt2 mà gây ra chuyển động t−ơng đối giữa hai Body. Nếu Driver Actuator đ−ợc kết nối với Velocity Driver , vùng này quy về hàm df(t)/dt. 1.2.4.4. Khối Body sensor Mục đích Đo sự chuyển động của Body Mô tả Khối Body Sensor dò tìm vị trí, vận tốc, và/ hoặc gia tốc của Body đã đ−ợc biểu diễn bởi khối Body. Body Sensor đo sự chuyển động trong hệ toạ độ quy chiếu đã xác định trong hộp thoại. Bạn có thể đo một, hai hay cả ba đại l−ợng đặc tr−ng cho chuyển động đó: • Chuyển động tịnh tiến của một Body, d−ới dạng những vector vị trí, vận tốc, và/ hoặc gia tốc theo chiều dài • Chuyển động quay của Body, d−ới dạng những vector vận tốc và/ hoặc gia tốc theo góc. • Chuyển động quay của Body, d−ới dạng matrix quay 3x3. Đầu vào là cổng nối mà đã nối với Body đang đ−ợc cảm biến. Đầu ra là một bộ những tín hiệu Simulink hoặc một gói những tín hiệu vector vị trí, vận tốc, và/ hoặc gia tốc và/ hoặc ma trận quay của Body. L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 61 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Hộp thoại và thông số (Dialog Box and Parameters) Hình 1.2.4.4a: Bảng thông số của khối Body Sensor Hộp thoại có một vùng hoạt động, Measurements • Measuring Body coordinate system (hệ toạ độ Body đo) Vùng này là không hoạt động. Bạn lựa chọn hệ toạ độ Body để mà đo chuyển động qua việc liên kết nó với Body Sensor. • With respect to coordinate system (đối với hệ toạ độ) Trong danh mục kéo xuống, lựa chọn hệ toạ độ mà ở đó sự chuyển động của Body đ−ợc đo: hoặc hệ toạ độ riêng Local để mà Actuator đ−ợc nối hoặc ngầm định là hệ toạ độ tuyệt đối World. L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 62 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN D−ới đây là một Body Sensor đã nối với một Body Hình 1.2.4.4b: Ví dụ cách sử dụng khối Body Sensor Bạn phải nối Body Sensor với Body ở tại một trong số những hệ toạ độ Body gắn liền của Body đó, t−ơng ứng với cổng hệ toạ độ Body. Sensor đo chuỷên động của hệ toạ độ Body đó. • Những sự lựa chọn ô chọn cho một trong số những đại l−ợng đo có thể mà bạn muốn dùng: Chuyển động tịnh tiến: Vector vị trí (Position), vận tốc (Velocity), và gia tốc (Acceleration) Chuyển động quay: Vector vận tốc góc (angular velocity) và gia tốc góc (Angular acceleration) và matrix quay (Rotation matrix) ° Matrix quay là matrix quay trực giao 3x3 R: thể hiện h−ớng quay và thoả mãn RTR=RRT=1. ° Nếu bạn chọn With respect to coordinate system là hệ toạ độ tuyệt đối (World), matrix quay đo h−ớng quay của Body so với h−ớng ban đầu của nó. Nếu bạn chọn With respect to coordinate system là hệ toạ độ cục bộ (Local), matrix quay trở thành matrix đồng dạng 3x3. Mỗi vector đo là một vector cột trong tín hiệu đầu ra Simulink. Trong danh mục kéo xuống, chọn đơn vị cho mỗi đại l−ợng đo bạn muốn: L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 63 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN * Chuyển động dài (Linear motion): ngầm định là m, m/s, m/s2, và N thứ tự cho Position, Velocity, và Acceleration. * Chuyển động góc (Angular motion): ngầm định là deg/s và deg/s2 theo thứ tự cho Angular velocity và Angular accểlation. Matrix quay là không có thứ nguyên. • Out selected parameters as one signal (những thông số đ−ợc chọn đi ra nh− một tín hiệu) Lựa chọn ô chọn này để biến những tín hiệu ra thành một gói tín hiệu đơn. Ngầm định là đ−ợc chọn. Nếu bạn không chọn nó, khối Body Sensor sẽ mọc ra nhiều cổng ra Simulink bằng với số những tín hiệu hoạt động đ−ợc chọn, cùng thứ tự từ trên xuống d−ới, trong hộp thoại. Nếu ô chọn đ−ợc chọn, tín hiệu ra Simulink có tất cả những tín hiệu hoạt động theo thứ tự trong một vector cột đơn cùng thứ tự mà bạn thấy trong hộp thoại. Những thành phần không đ−ợc chọn là không đi ra từ vector tín hiệu. 1.2.4.5. Khối Joint sensor Mục đích Đo chuyển động và lực / momen của một khớp nguyên thuỷ Mô tả Khối Joint Sensor đo vị trí, vận tốc, và/ hoặc gia tốc của một khớp nguyên thuỷ trong một khối Joint. Joint Sensor đo chuyển động dọc/ quay quanh trục khớp (hoặc quay quanh một điểm đối với khớp cầu) trong hệ toạ độ quy chiếu đã xác định cho khớp nguyên thuỷ đó trong hộp thoại của khớp. Joint nối một base Body với một follower Body. Thứ tự base-follower quyết định h−ớng chuyển động. Tuỳ thuộc vào khớp nguyên thuỷ đang đ−ợc cảm biến, bạn đo một trong những kiểu chuyển động sau: • Chuyển động tịnh tiến cho khớp nguyên thuỷ lăng trụ, d−ới dạng vị trí, vận tốc, và/ hoặc gia tốc theo chiều dài. • Chuyển động quay đối với loại khớp nguyên thuỷ quay, d−ới dạng vị trí, vận tốc, và/ hoặc gia tốc theo góc. • Chuyển động cầu đối với loại khớp cầu, d−ới dạng quaternion, đạo hàm quaternion, và/ hoặc đạo hàm cấp hai quaternion. L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 64 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Đầu vào là cổng nối đã đ−ợc nối với Joint đang đ−ợc cảm biến. Đầu ra là một bộ tín hiệu Simulink hoặc một gói tín hiệu Simulink của vị trí, vận tốc, và/ hoặc gia tốc của khớp đó. Một khối Joint Sensor đo một khớp nguyên thuỷ riêng biệt: • Một khớp nguyên thuỷ (Lăng trụ hoặc Quay) chỉ có một khớp nguyên thuỷ bên trong để đo • Một khớp kết hợp có nhiều khớp nguyên thuỷ bên trong, và bạn phải lựa chọn khớp nào để cảm biến với Joint Sensor. Hộp thoại và những thông số (Dialog Box and Parameters) Hình 1.2.4.5a: Bảng thông số khối Joint Sensor L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 65 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Hộp thoại này có một vùng hoạt động, Measurements. • Connected to primitive (đ−ợc nối với khớp nguyên thuỷ) Trong danh mục kéo xuống, lựa chọn khớp nguyên thuỷ bên trong khớp mà bạn muốn đo với Joint Sensor. Một khối Joint nguyên thuỷ chỉ có một khớp nguyên thuỷ. Nếu Joint Sensor là không đ−ợc nối với khối Joint, mục này chỉ hiện Unknown. Đây là một Joint Sensor đã nối với một Prismatic là khớp nối hai Body Hình 1.2.4.5b: Ví dụ cách sử dụng khối Joint Sensor Bạn phải thêm một cổng Sensor cho khối Joint để nối Joint Sensor với nó. Thứ tự base-follower trên hai bên của Joint quyết định chiều dữ liệu Joint Sensor. Ô vuông Measurement bạn thấy trong hộp thoại Joint Sensor phụ thuộc vào kiểu khớp nguyên thuỷ mà bạn nối với Joint Sensor. • Prismatic joint primitive (P) Lựa chọn ộ chọn cho một trong số những đại l−ợng đo có thể bạn muốn đo: vị trí, vận tốc, gia tốc, lực đ−ợc tính, phản mômen, và phản lực. + Computed force là lực h−ớng dọc theo trục lăng trụ mà làm phát sinh chuyển động của follower đối với base. + Reaction force và/ hoặc momen là vector 3 thành phần của lực và/ hoặc momen mà khớp nguyên thuỷ truyền tới base hoặc follower Body. Trong danh mục kéo xuống Reactions measured on, lựa chọn Body mà vector phản lực và/ hoặc mômen là đ−ợc đo, base hoặc follower. Ngầm định la base. Cũng lựa chọn nh− vậy với With respect to coordinate system qua phản mômen và/ hoặc phản lực. Ngầm định là Absolute L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 66 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Trong danh mục kéo xuống, lựa chọn đơn vị cho một trong số những thông số đo bạn muốn. Ngầm định nh− hình ảnh bên d−ới. Hình 1.2.4.5c: Các lựa chọn tín hiệu đ−ợc đo khi nối với khớp tịnh tiến Gói tín hiệu ra Simulink cho khớp lăng trụ có những đại l−ợng đo đó có thứ tự theo vector cột. Những thành phần không đ−ợc đo không di chuyên ra từ vector tín hiệu. • Revolute joint primative (R) Lựa chọn những ô chọn cho một trong số những đại l−ợng đo có thể bạn muốn đo: Angle, Angular velocity, Angular acceleration, Computed Torque, Reaction Torque, và Reaction Force. Mômen đ−ợc tính là mômen quay quanh trục quay mà làm phát sinh chuyển động follower so với base Phản lực và/ hoặc mômen là vector 3 thành phần của lực và/ hoặc mômen mà khớp nguyên thuỷ truyền tới base hoặc follower Body. Trong danh mục kéo xuống Reactions measured on, chọn body nào mà vector phản lực và/ hoặc mômen là đ−ợc đo trên nó, base hoặc follower Body. Ngầm định là base. Cũng chọn With respect to cooordinate system cho phản lực và/ hoặc mômen. Ngầm định là tuyệt đối (World) L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 67 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Trong danh mục kéo xuống, chọn đơn vị cho mỗi đại l−ợng đo bạn muốn. Ngầm định là m, m/s, m/s2, N, và Nm thứ tự cho Position, Velocity, Acceleration, Force, và Torque. Hình 1.2.4.5c: Các lựa chọn tín hiệu đ−ợc đo khi nối với khớp quay L−u ý: góc tuyệt đối của chuyển động quay đ−ợc vạch ra trong khoảng (-1800 , +1800). • Spherical joint primitive (S) Chọn ô chọn cho mỗi đại l−ợng đo có thể đo mà bạn muốn đo: Quaternion, Quaternion derivative, và Quaternion second derivative, Reaction torque và Reaction Force. Phản lực và/ hoặc mômen là vector 3 thành phần của lực và/ hoặc mômen mà khớp nguyên thuỷ truyền tới base hoặc follower Body. Trong danh mục kéo xuống Reactions measured on, chọn body nào mà vector phản lực và/ hoặc mômen là đ−ợc đo trên nó, base hoặc follower Body. Ngầm định là base. Cũng chọn With respect to coordinate system cho phản lực và/ hoặc mômen. Ngầm định là tuyệt đối (World) L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 68 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Quaternion là không thứ nguyên. Đơn vị thời gian để đạo hàm là giây. Mỗi đại l−ợng đo quaternion là một vector cột 4 thành phần. Hình 1.2.4.5d: Các lựa chọn tín hiệu đ−ợc đo khi nôi với khớp cầu • Output selected parameters as one signal (những thông số đ−ợc lựa chọn ra nh− một tín hiệu) Lựa chọn ô chọn này để chuyển đổi tất cẩ tín hiệu ra thành một gói tín hiệu đơn. Ngầm định là đ−ợc lựa chọn. Nếu bạn không lựa chọn nó, khối Joint Sensor sẽ mọc những cổng ra Simulink bằng với những tín hiệu hoạt động đ−ợc chọn, theo cùng thứ tự từ trên xuống d−ới, trong hộp thoại. Nếu ô chọn là đ−ợc chọn, tín hiệu ra Simulink có tất cả những tín hiệu hoạt động theo thứ tự thành một vector cột đơn. Thứ tự và kiểu những thành phần tín hiệu phụ thuộc vào khớp nguyên thuỷ, nh− bảng sắp xếp tín hiệu Simulink trên. 1.2.4.6. Khối Constraint & driver sensor Mục đích Đo lực/ mômen c−ỡng bức giữa một cặp Body c−ỡng bức. Mô tả Khối Constraint & Driver Sensor đo lực/ mômen (phản lực/ mômen) c−ỡng bức giữa một cặp Body. Bạn nối khối với khối Constraint hoặc Driver đã nối giữa hai Body. Tín hiệu ra là phản lực/ mômen. L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 69 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Constraint & driver Sensor đo phản l−c/mômen trong hệ toạ độ quy chiếu đã xác định trong khối hộp thoại. Khối Constraint hoặc Driver nối base và follower Body. Bạn chọn trong hộp thoại để đo phản lực/ mômen trên một trong hai base và follower Body. Đầu vào là cổng nối đã nối với khối Constraint hoặc Driver bạn muốn cảm biến. Cổng ra là một bộ những tín hiệu hoặc một gói những tín hiệu Simulink các vector phản lực/ mômen. Hộp thoại và những thông số (Dialog Box and Parameters) Hình 1.2.4.6a: Bảng thông số của khối Constraint & Driver Hộp thoại này có một vùng hoạt động, Measurements. • Reactions measeassured on (những phản lực đ−ợc đo trên) Trong danh mục kéo xuống, chọn để đo phản lực/ mômen trên base hoặc follower Body. Ngầm định là base. • With respect to coordinate system (đối với hệ toạ độ) Trong danh mục kéo xuống, chọn hệ toạ độ ở đó phản lực/ mômen hoặc sự chuyển động đã đ−ợc giới thiệu ( có thể qua hình thức đặt tên …). Ngầm định là Absolute. L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 70 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN D−ới đây là một Constraint & Driver Sensor đã nối với một Gear Constraint, mà nối c−ỡng bức hai Body. Hình 1.2.4.6b: Ví dụ cách sử dụng khôi Contraint & Driver Bạn phải thêm một cổng cảm biến tới khối Constraint/Driver để nối Constraint & Driver Sensor với nó. Thứ tự base-follower Body trên hai phía của Joint quyết định chiều của dữ liệu Constraint & Driver Sensor. • Reaction torque Lựa chọn ô chọn nếu bạn muốn đo phản mômen. Ngầm định là đ−ợc chọn. Mômen là một vector cột ở tín hiệu ra Simulink. Trong danh mục kéo xuống, chọn đơn vị cho phản mômen. Ngầm định là N-m. • Reaction force Lựa chọn ô chọn nêu bạn muốn đo reaction force. Ngầm định là đ−ợc chọn. Lực là vector cột trong tín hiệu ra Simulink. Trong danh mục kéo xuống, chọn đơn vị cho phản lực. Ngầm định là N. • Output selected parameters as one signal (những thông số đ−ợc chọn đi ra nh− một tín hiệu) Chọn ô chọn này để chuyển những tín hiệu ra thành một gói tín hiệu đơn. Ngầm định là đ−ợc chọn. Nếu bạn không chọn nó, khối Constraint & Driver Sensor sẽ mọc ra nhiều cổng ra Simulink bằng với những tín hiệu hoạt động đ−ợc chọn, theo thứ tự từ trên xuống d−ới trong hộp thoại. Nếu ô chọn đ−ợc chọn, tín hiệu ra Simulink có tất cả những tín hiệu hoạt động đã đ−ợc gói thành một vector cột đơn, theo thứ tự hiện trong hộp thoại. Kiểu của những thành phần tín hiệu phụ thuộc vào những đại l−ợng đo đ−ợc chọn. L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 71 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN 1.2.4.7. Khối Joint Initial Condition Actuator Mục đích Đặt vị trí và vận tốc ban đầu cho một khớp tr−ớc khi bắt đầu mô phỏng Mô tả Khối Joint Initial Condition Actuator cung cấp giá trị dữ kiện ban đầu cho một khớp nguyên thuỷ trong khối Joint. Giá trị ban đầu là vị trí và vận tốc của khớp nguyên thuỷ đó và hoàn toàn xác định tình trạng chuyển động ban đầu của khớp nguyên thuỷ đó. Khi bạn xây dựng máy, cấu hình hình học xác định hoàn toàn vị trí (góc) ban đầu của những Body đối với một cái khác và một hệ toạ độ World. Tuy nhiên quá trình xếp đặt Ground, Body và Joint chỉ xác định toạ độ ban đầu, không xác định đ−ợc vận tốc t−ơng ứng ban đầu. Bắt đầu một quá trình mô phỏng với tình trạng hoàn toàn cài đặt tất cả vận tốc ban đầu là 0. Bạn có thể cài đặt đầy đủ tình trạng chuyển động ban đầu cả về vị trí và vận tốc của tất cả những khớp nguyên thuỷ bằng cách sử dụng khối Joint Initial Condition Actuator. Bạn có thể cài đặt vi trí và vận tốc đầu cho hai kiểu khớp: • Điều kiện tịnh tiến ban đầu cho khớp lăng trụ nguyên thuỷ, d−ới dạng vị trí và vận tốc dài • Điều kiện quay ban đầu cho khớp quay nguyên thuỷ, d−ới dạng vị trí và vận tốc góc. Khối này kích hoạt một khớp nguyên thuỷ một lần. Joint Initial Condition Actuator đặt tình trạng ban đầu dọc theo/xung quanh trục khớp trong hệ toạ độ quy chiếu đã xác định khớp nguyên thuỷ đó trong hộp thoại của khớp. Joint nối một base Body và một follower Body. Thứ tự base-follower quyết định h−ớng tín hiệu kích động. Đầu ra là cổng nối bạn nối với khối Joint bạn muốn kích động. Bạn cài đặt vị trí và vận tốc dài hoặc góc đầu trong hộp thoai của khối, vì thế nên không có cổng vào hoặc tín hiệu vào. Bạn không thể nối Joint Initial Condition Actuator với khớp cầu. L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 72 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Hộp thoại và những thông số (Dialog Box and Parameters) Hình 1.2.4.7a: Bảng thông số của khôi Joint Initail Condition Actuator Hộp thoại có một vùng hoạt động là Actuation • Connected to primitive Trong danh mục kéo xuống, chọn khớp nguyên thuỷ trong khớp mà bạn muốn kích hoạt với khối Joint Initial Condition Actuator. Một khối Joint nguyên thuỷ chỉ có một khớp nguyên thuỷ. Bạn không thể nối Joint Initial Condition Actuator với khớp cầu. Nếu Joint Initial Condition Actuator không đ−ợc nối với khối Joint , mục này chỉ hiện Unknown. ở đây là một Joint Initial Condition Actuator đã nối với khớp lăng trụ, mà nối hai Body. Hình 1.2.4.7b: Ví dụ cách sử dụng khối IC Bạn phải thêm vào một cổng Actuator (cổng nối) vào khối Joint để nối Initial Condition Actuator với nó. Thứ tự base- follower Body trên hai bên của khớp quyết định h−ớng dữ kiện Initial Condition Actuator. L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 73 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN • Initial position Trong vùng này, cài đặt vị trí ban đầu theo chiều dài hoặc góc, tuỳ thuộc vào Actuator này đ−ợc nối với khớp tịnh tiến hay khớp quay. Ngầm định là 0.0. Trong danh mục kéo xuống, chọn đơn vị cho vị trí ban đầu theo chiều dài hay góc. Ngầm định cho theo chiều dài là m, theo góc là deg. • Initial velocity Trong vùng này, cài đặt vận tốc ban đầu theo chiều dài hoặc góc, tuỳ thuộc vào Actuator này đ−ợc nối với khớp tịnh tiến hay khớp quay. Ngầm định là 0.0. Trong danh mục kéo xuống, chọn đơn vị cho vận tốc ban đầu theo chiều dài hay góc. Ngầm định cho theo chiều dài là m/s, theo góc là deg/s. 1.2.4.8. Khối Joint Stiction Actuator Mục đích Gây ra ma sát cổ điển cho một khớp nguyên thuỷ Mô tả Khối Joint Stiction Actuator gây ra ma sát tĩnh (static friction = stiction) cho một khớp tịnh tiến hay khớp quay nguyên thuỷ. Ma sát tĩnh đ−ợc điều chỉnh lại bởi mô hình lý t−ởng mà các thông số của nó do bạn xác định. (Xem lý thuyết ma sát tĩnh bên d−ới). Joint Stiction Actuator gây ra ma sát tĩnh cho khớp nguyên thuỷ d−ới dạng lực/ mômen t−ơng đối giữa những Body đ−ợc nối của khớp. Những Body có thể cảm thấy những lực thêm vào độc lập của khớp. Đầu vào là những tín hiệu Simulink. Đầu ra là cổng nối. Bạn không thể nối một Joint Stiction Actuator với khối Spherical hoặc khớp cầu nguyên thuỷ. Sự hạn chế đồng thời trên những Actuator và những Sensor: • Bạn không thể kích động một khớp nguyên thuỷ đồng thời với một Joint Stiction Actuator và một Joint Actuator. Nh−ng với cổng vào External Actuator của Joint Stiction Actuator, bạn có thể gây ra với khớp nguyên thuỷ tín hiệu kích động lực/ mômen ngoại t−ơng đ−ơng với việc tác động một Joint Actuator. • Bạn có thể kích động đồng thời một khớp nguyên thuỷ với một Joint Stiction Actuator và một Joint Initial Condition Actuator. L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 74 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN • Bạn cũng có thể kích động đồng thời khớp nguyên thuỷ với một Joint Stiction Actuator và đo lực/ mômen dọc theo/ xung quanh khớp nguyên thuỷ với một Joint Sensor. Hộp thoại và những thông số (Dialog Box and Parameters) Hình 1.2.4.8: Bảng thông số của khối Joint Stiction Actuator Hộp thoại có một vùng hoạt động là Stiction actuation. • Connected to primitive Trong danh mục kéo xuống, lựa chọn khớp nguyên thuỷ bên trong khớp mà bạn muốn kích động với Joint Stiction Actuator. Một khối Joint nguyên thuỷ chỉ có một khớp nguyên thuỷ. Bạn không thể nối một Joint Stiction Actuator với khớp cầu nguyên thuỷ. Nếu Joint Stiction Actuator không đ−ợc nối với khối Joint, mục này chỉ hiện Unknown. • External force units Trong danh mục kéo xuống, chọn đơn vị cho ngoại lực/moment không ma sát Fext. Ngầm định là N nếu đ−ợc nối với khớp tịnh tiến và là Nm nếu đ−ợc nối với khớp nguyên thuỷ quay. • Kinematic friction units Trong danh mục kéo xuống, chọn đơn vị cho lực/moment ma sát động FK. Ngầm định là N nếu đ−ợc nối với khớp tịnh tiến và là Nm nếu đ−ợc nối với khớp nguyên thuỷ quay. L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 75 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN • Locking velocity threshold (MKS-SI units) (ng−ỡng vận tốc khoá) Nhập vào vận tốc t−ơng đối của khớp nguyên thuỷ mà khớp bị khoá lại bởi ma sát tĩnh. Trên vận tốc đó, khớp không bị khoá. Đơn vị MKS phải là: cho khớp lăng trụ nguyên thuỷ là m/s; cho khớp quay nguyên thuỷ là rad/s. 1.2.5. Th− viện Utilities 1.2.5.1. Khối Connection ports Mục đích Tạo một cổng kết nối với mô hình vật lý cho một hệ thống con. Mô tả Khối này nằm bên trong hệ thống con đã đ−ợc xây dựng của các khối Simmechanics. Cổng nối đựoc thể hiện bên ngoài hệ thống cong bằng một vòng tròn gắn tại viền của khối hệ thống con. Khi cổng nối đó đ−ợc nối với một tín hiệu thì vòng tròn đó chuyển thành hình tròn màu đen. Bạn nối các khối Simmechanics riêng rẽ và các hệ thống con tới các khối hay các hệ thống con khác với một đ−ờng kết nối đặt biệt thay vì đ−ờng tín hiệu mô phỏng bình th−ờng. Khi đ−ợc hình thành thì hệ thống con tự động các các cổng kết nối nếu ng−ời sử dụng không nối cổng kết nối. Bạn cũng có thể thêm các cổng kết nối bằng cách thêm các cổng kết nối cho hệ thống con của bạn. Hộp thoại các các thông số( Dialogbox & Parameters) Hình 1.2.5.1: Bảng thông số của khối Connection port L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 76 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Các thông số của khối Connection port: * Port number: Các nhãn( tên) khác nhau của các cổng kết nối trong hệ thống con đ−ợc toạ bởi thông số nay. Trong một hệ thống con có nhiều cổng kết nối thì mỗi cổng cần có một tên khác nhau đó chính là số đ−ợc nhập trong thông số này. Giá trị mặc định cổng tín hiệu đàu tiên là 1. * Port location on parent subsystem: Chọn tại đây một trong hai vị trí của cổng kết nối phía bên ngoài của hệ thống con. L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 77 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Phần2: ứNg dụng công cụ simmechanics mô phỏng hệ điều khiển cần trục 2.1. Giới thiệu về Cần trục Cần trục quay đ−ợc coi nh− là một công cụ thiết yếu dùng trong công nghiệp và xây dựng để di chuyển vật nặng, hàng hoá và vật liệu từ chỗ này đến chỗ khác. Một −u điểm lớn khó có thể thay thế của cần trục quay là chúng có thể di chuyển đ−ợc những vật nặng lên cao và vào nơi nguy hiểm qua đó chúng làm tăng tiến độ quá trình sản xuất. Nhìn chung, cần trục quay có rất nhiều cấu trúc bền vững hợp lí để nâng những trọng tải nặng. Nh− trong hình vẽ 2.1, cấu trúc chung cần trục quay bao gồm: • Một tháp đứng giữ cần ngang của cần trục quay. Sinh ra chuyển động quay của cần trục thông qua tháp đứng này. • Một chân đế th−ờng cố định với nền để ngăn chặn sự xê dịch của cần trục. • Một cần ngang đ−ợc đặt trên tháp và quay trong mặt phẳng ngang xung quanh trục đứng cố định. • Một xe giữ vật nặng và có thể di chuyển trên cần ngang. • Hệ thống treo bao gồm các dây cáp và ròng rọc. Nh− vậy thì, sự kết hợp chuyển động của xe và cần có thể di chuyển vật nặng đến mọi nơi trong mặt phẳng ngang trong phạm vi của cần trục quay. Vật nặng đ−ợc treo vào xe bằng cách sử dụng một bộ các dây cáp. Chiều dài dây cáp có thể thay đổi để phục vụ cho quá trình nâng hạ vật nặng lên xuống. Một trong những vấn đề hiện nay đối với cần trục trong công nghiệp và xây dựng là cần trục ngày càng trở lên lớn hơn và cao hơn để đáp ứng đ−ợc với những công trình lớn hơn và cao hơn với yêu cầu thời gian hoàn thành ngắn hơn. Nh−ng thật không may, cần trục với cấu trúc lớn t−ơng ứng với khoảng di chuyển lớn mà lại di chuyển với tốc độ cao là luôn luôn đi kèm với sự dao động của vật nặng không mong đợi do động lực học hệ thống. Mà nếu vật nặng dao động mạnh thì sẽ phát sinh các vấn đề nh− kết cấu của cần trục phải cứng vững Hình 2.1: Mô hình cần trục L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 78 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN hơn rất nhiều để chịu các lực khác nhau do dao động của vật nặng cũng nh− giảm tuổi thọ của cần trục, rồi khó kiểm soát mức độ dao động của cần trục dẫn đến tính an toàn kém. Nh− vậy chúng ta cần thiết kế bộ điều khiển cho cần trục quay để di chuyển vật nặng với hai yêu cầu chính. * Thứ nhất là thời gian cần cho vật nặng di chuyển từ vị trí nâng đến vị trí hạ phải là ngắn nhất. * Thứ hai là phải khống chế đ−ợc sự dao động của vật nặng sao cho nhỏ để ngăn ngừa rủi ro cho con ng−ời và những thiết bị trong vùng làm việc. 2.2. Đặt vấn đề • Lấy một hệ toạ độ Decac OXYZ làm hệ toạ độ tuyệt đối xác định cần trục. Nó đ−ợc xác định nh− sau: Gốc O tại điểm nền đế cần trục. Trục OX h−ớng sang phải và nằm trong mặt phẳng cần trục khi cần trục ở vị trí ban đầu (ch−a có sự di chuyển). Trục OY h−ớng thẳng đứng lên trên trùng với trục của tháp. Trục OZ nằm thuận theo quy tắc bàn tay phải. • Lấy một hệ toạ độ Decac OX’Y’Z’ gắn liền với sự chuyển động của cần ngang Hai hệ toạ độ này có OY ≡ OY’, Tại thời điểm ban đầu hai hệ toạ độ này trùng nhau, tại thời điểm t hai hệ toạ độ có góc hợp bởi OX và OX’ là γ(t). Tháp đứng Cần ngang Xe trƯợt Đế Vật nâng t t O Y X' Z' r(t) Z X Y' Hình 2.2. Hệ thống toạ độ của cần trục L−u Văn Hiệu & L−ơng Văn H−ng CTM4 - K45 79 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN • Chúng ta di chuyển vật nặng từ một vị trí đến một vị trí khác cần hai chuyển động: cần ngang quay trong mặt phẳng ngang xung quanh trục OY một góc γ(t), xe di chuyển trên cần ngang với vị trí r(t) đ−ợc xác định trên trục OX. • Khi di chuyển vật nặng, các chuyển động làm cho vật nặng dao động. Vật nặng dao động đ−ợc đặc tr−ng bởi hai góc là φ và θ. Góc φ là góc hợp bở