matlab-SIMULINK仿真實(shí)例

1、二并聯(lián)桿數(shù)控螺旋面鉆頭尖刃磨機(jī)的機(jī)構(gòu)仿真一、仿真原理一、實(shí)訓(xùn)題目：全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng) 實(shí)訓(xùn)目的及要求：1、掌握歐姆龍PLC的指令，具有獨(dú)立分析和設(shè)計(jì)程序的能力2、掌握PLC梯形圖的基本設(shè)計(jì)方法3、培養(yǎng)分析和解決實(shí)際工程問題的能力4、培養(yǎng)程序設(shè)計(jì)及調(diào)試的能力5、熟悉傳輸帶控制系統(tǒng)的原理及要求實(shí)訓(xùn)設(shè)備:：1、OMRON PLC及模擬實(shí)驗(yàn)裝置 1臺(tái)2、安裝CX-P編程軟件的PC機(jī) 1臺(tái)3、PC機(jī)PLC通訊的RS232電纜線 1根實(shí)訓(xùn)內(nèi)容：1、分析工藝過程，明確控制要求（1）按下啟動(dòng)按扭及水位選擇開關(guān)，相應(yīng)的顯示燈亮，開始進(jìn)水直到高（中、低）水位，關(guān)水。（2）2秒后開始洗滌。（3）洗滌時(shí)，正轉(zhuǎn)30秒

2、停2秒；然后反轉(zhuǎn)30秒停2秒。（4）循環(huán)5次，總共320秒，然后開始排水。排水后脫水30秒。圖1 全自動(dòng)洗衣機(jī)控制2、統(tǒng)計(jì)I/O點(diǎn)數(shù)并選擇PLC型號(hào)輸入：系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕一個(gè)，系統(tǒng)停止按鈕一個(gè)，高、中、低水位控制開關(guān)三個(gè)，高、中、低液位傳感器三個(gè)，以及排水液位傳感器一個(gè)。輸出：進(jìn)出水顯示燈一盞，高、中、低水位顯示燈各一盞，電機(jī)正、反轉(zhuǎn)顯示燈各一盞，排水、脫水顯示燈燈各一盞。PLC的型號(hào)：輸入一共有9個(gè)，考慮到留有1520的余量即9×（115）10.35，取整數(shù)10，所以共需10個(gè)輸入點(diǎn)。輸出共有8個(gè)，8×（115）9.2，取整數(shù)9，所以共需9個(gè)輸出點(diǎn)?？梢赃xOMRON公司的CP

3、M1A/CPM2A型PLC就能滿足此例的要求。3、I/O分配表1 全自動(dòng)洗衣機(jī)控制I/O分配表輸入輸出地址名稱地址名稱00000啟動(dòng)系統(tǒng)按鈕01000排水顯示燈00001高水位選擇按鈕01001脫水顯示燈00002中水位選擇按鈕01002進(jìn)、出水顯示燈00003低水位選擇按鈕01003高水位顯示燈00004排水液位傳感器01004中水位顯示燈00005停止系統(tǒng)按鈕01005低水位顯示燈00006高水位液位傳感器01006電機(jī)正轉(zhuǎn)顯示燈00007中水位液位傳感器01007電機(jī)反轉(zhuǎn)顯示燈00008低水位液位傳感器4、PLC控制程序設(shè)計(jì)及分析實(shí)現(xiàn)功能：當(dāng)按下按鈕00000,中間繼電器20000得電并

4、自鎖,按下停止按鈕00005，中間繼電器20000掉電。中間繼電器20000為系統(tǒng)總啟動(dòng)。實(shí)現(xiàn)功能：當(dāng)按下按鈕00001,中間繼電器20001得電并自鎖；當(dāng)中間繼電器20002、20003、20004、20007任意一個(gè)為ON，或按下停止按鈕00005，或01000、01001為ON時(shí)，中間繼電器20001掉電。實(shí)現(xiàn)功能：當(dāng)按下按鈕00002,中間繼電器20002得電并自鎖；當(dāng)中間繼電器20001、20003、20005、20007任意一個(gè)為ON，或按下停止按鈕00005，或01000、01001為ON時(shí)，中間繼電器20002掉電。實(shí)現(xiàn)功能：當(dāng)按下按鈕00003,中間繼電器20003得電并自鎖

5、；當(dāng)中間繼電器20001、20002、20006、20007任意一個(gè)為ON，或按下停止按鈕00005，或01000、01001為ON時(shí)，中間繼電器20003掉電。實(shí)現(xiàn)功能：當(dāng)按下按鈕00006且01002為ON時(shí),中間繼電器20004得電并自鎖；當(dāng)中間繼電器20002、20003、20005、20006任意一個(gè)為ON，或按下停止按鈕00005，或計(jì)數(shù)器CNT005為ON時(shí)，中間繼電器20004掉電。實(shí)現(xiàn)功能：當(dāng)按下按鈕00007且01002為ON時(shí),中間繼電器20005得電并自鎖；當(dāng)中間繼電器20001、20003、20004、20006任意一個(gè)為ON，或按下停止按鈕00005，或計(jì)數(shù)器CNT

6、005為ON時(shí)，中間繼電器20005掉電。實(shí)現(xiàn)功能：當(dāng)按下按鈕00008且01002為ON時(shí),中間繼電器20006得電并自鎖；當(dāng)中間繼電器20001、20002、20004、20005任意一個(gè)為ON，或按下停止按鈕00005，或計(jì)數(shù)器CNT005為ON時(shí)，中間繼電器20004掉電。實(shí)現(xiàn)功能：當(dāng)中間繼電器20004、20005、20006中任意一個(gè)為ON時(shí)，定時(shí)器TIM000開始定時(shí)，2秒后定時(shí)時(shí)間到，TIM000為ON；當(dāng)中間繼電器20004、20005、20006都為OFF時(shí)，定時(shí)器TIM000掉電。實(shí)現(xiàn)功能：當(dāng)定時(shí)器TIM000為ON且中間繼電器20008和定時(shí)器TIM004為OFF時(shí)，中

7、間繼電器20007為ON，同時(shí)定時(shí)器TIM001、TIM002、TIM003、TIM004開始定時(shí)，30秒后定時(shí)器TIM001定時(shí)時(shí)間到（即TIM001為ON），再過2秒定時(shí)器TIM002定時(shí)時(shí)間到（即TIM002為ON），當(dāng)TIM002為ON后再過30秒定時(shí)器TIM003定時(shí)時(shí)間到（即TIM003為ON），之后再過2秒定時(shí)器TIM004定時(shí)時(shí)間到（即TIM004為ON）；定時(shí)器TIM004為ON時(shí)，中間繼電器20007、定時(shí)器TIM001、TIM002、TIM003、TIM004同時(shí)掉電，之后進(jìn)行下一次循環(huán)。當(dāng)定時(shí)器TIM000為OFF或中間繼電器20008為ON時(shí)，中間繼電器20007、定

8、時(shí)器TIM001、TIM002、TIM003、TIM004同時(shí)掉電。實(shí)現(xiàn)功能：當(dāng)系統(tǒng)一上電，特殊繼電器25315在第一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通為ON，計(jì)數(shù)器CNT005自動(dòng)復(fù)位為OFF，當(dāng)前值恢復(fù)為#5，當(dāng)定時(shí)器TIM004為ON時(shí)，計(jì)數(shù)器CNT005計(jì)數(shù)一次，當(dāng)計(jì)數(shù)滿設(shè)定值時(shí)，其輸出為ON且保持，當(dāng)燈01001為ON或停止按鈕00005為ON時(shí)，計(jì)數(shù)器CNT005自動(dòng)復(fù)位為OFF。實(shí)現(xiàn)功能：當(dāng)按下按鈕00004且燈01000為ON時(shí),中間繼電器20008得電并自鎖且定時(shí)器TIM006開始定時(shí)，定時(shí)30秒后，定時(shí)器TIM006為ON；TIM006常閉觸點(diǎn)為OFF,中間繼電器20008和定時(shí)器TIM006掉

9、電。實(shí)現(xiàn)功能：當(dāng)中間繼電器20001為ON且中間繼電器20004為OFF，或中間繼電器20002為ON且中間繼電器20005為OFF，或中間繼電器20003為ON且中間繼電器20006為OFF，這三種情況中的任意一種實(shí)現(xiàn)時(shí)，燈01002為ON；其他狀態(tài)時(shí)，燈01002為OFF。實(shí)現(xiàn)功能：當(dāng)中間繼電器20001為ON時(shí)，燈01003為ON；當(dāng)中間繼電器20001為OFF時(shí)，燈01003為OFF。實(shí)現(xiàn)功能：當(dāng)中間繼電器20002為ON時(shí)，燈01004為ON；當(dāng)中間繼電器20002為OFF時(shí)，燈01004為OFF。實(shí)現(xiàn)功能：當(dāng)中間繼電器20003為ON時(shí)，燈01005為ON；當(dāng)中間繼電器20003為

10、OFF時(shí)，燈01005為OFF。實(shí)現(xiàn)功能：當(dāng)中間繼電器20007為ON且定時(shí)器TIM001為OFF時(shí)，燈01006為ON；當(dāng)中間繼電器20007為OFF或定時(shí)器TIM001為ON時(shí)，燈01006為OFF。實(shí)現(xiàn)功能：當(dāng)定時(shí)器TIM002為ON且定時(shí)器TIM003為OFF時(shí)，燈01007為ON；當(dāng)定時(shí)器TIM002為OFF或定時(shí)器TIM003為ON時(shí)，燈01007為OFF。實(shí)現(xiàn)功能：當(dāng)計(jì)數(shù)器CNT005為ON且中間繼電器20008和燈01001為OFF時(shí)，燈01000為ON；當(dāng)計(jì)數(shù)器CNT005為OFF或中間繼電器20008為ON或燈01001為ON時(shí)，燈01000為OFF。實(shí)現(xiàn)功能：當(dāng)中間繼電器

11、20008為ON時(shí)，燈01001為ON；當(dāng)中間繼電器20008為OFF時(shí)，燈01001為OFF。圖1二并聯(lián)桿數(shù)控螺旋面鉆頭尖刃磨機(jī)床示意圖圖2 二并聯(lián)桿數(shù)控螺旋面鉆頭尖刃磨機(jī)床刃磨原理圖重要假設(shè)條件：1、 二并聯(lián)桿數(shù)控螺旋面鉆頭尖刃磨機(jī)床是通過兩組并聯(lián)桿（2，a和3，b）保證動(dòng)平臺(tái)4只在空間中做水平運(yùn)動(dòng)，而沒有翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。每一組并聯(lián)桿是由空間相互平行的4根桿件組成，由于組內(nèi)各桿件受力相同，所以將其簡(jiǎn)化成平面機(jī)構(gòu)如圖2。構(gòu)件a，b是保證動(dòng)平臺(tái)4只做水平運(yùn)動(dòng)的輔助平行桿，所以可以假設(shè)將機(jī)構(gòu)中桿件a，b省略，而動(dòng)平臺(tái)4只做水平移動(dòng)，沒有翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，也就是4相對(duì)于地面的夾角4恒等于0。2、 直線電機(jī)的次子

12、有兩個(gè)（1和5）但是在加工過程中并不是兩者同時(shí)運(yùn)動(dòng)，所以假設(shè)5與導(dǎo)軌固聯(lián)。3、 假設(shè)機(jī)床在工作過程中動(dòng)平臺(tái)4只受到樹直向上的恒力作用，且作用在其中心位置。基于以上假設(shè)機(jī)床平面結(jié)構(gòu)示意圖如圖3。圖3二并聯(lián)桿數(shù)控螺旋面鉆頭尖刃磨機(jī)床簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)平面結(jié)構(gòu)示意圖二、建立仿真方程C2=cos(2)S2=sin(2)C3=cos(3)S3=sin(3)一） 力方程（分別對(duì)各個(gè)桿件進(jìn)行受力分析）對(duì)動(dòng)平臺(tái)4：受力分析如圖4 F24x+F43x=m4*Ac4x （1）F24y+F43y=m4*Ac4y （2）F24y*rc4-F43y*rc4=0 （3） 圖4動(dòng)平臺(tái)4的受力分析 對(duì)并聯(lián)桿2：受力分析如圖5F12x+

13、F24x=-m2*Ac2x （4）F12y+F24y=-m2*Ac2y （5）F12x*rc2*S2+F12y*rc2*C2-F24x*rc2*S2-F24y*rc2*C2=I2*2 （6） 圖5并聯(lián)桿2的受力分析對(duì)直線電機(jī)滑塊1：受力分析如圖6Fm+F12x=m1*r1_dot_dot （7）Fy=F12y （8） 圖6直線電機(jī)滑塊1的受力分析對(duì)并聯(lián)桿3：受力分析如圖7F13x+F43x=-m3*Ac3x （9）F13y+F43y=-m3*Ac3y （10）F43x*r3*C3+F43y*r3*S3= I3*3 （11） 圖7并聯(lián)桿3的受力分析二） 閉環(huán)矢量運(yùn)動(dòng)方程（矢量圖如圖8）圖8 閉環(huán)

14、矢量圖矢量方程為：R1+R2=R3+R4將上述矢量方程分解為x和y方向，并分別對(duì)方程兩邊對(duì)時(shí)間t求兩次導(dǎo)數(shù)得：r1_dot_dot+r2*2*S2+r2*w22*C2=r3*3*S3+r3*w32*C3 （12）r2*2*C2-r2*w22*S2=r3*3*C3-r3*w32*S3 （13）三） 質(zhì)心加速度的矢量方程圖9質(zhì)心加速度的矢量示意圖矢量關(guān)系：Ac3=Rc3_dot_dotAc4=R3_dot_dot+ Rc4_dot_dotAc2=R3_dot_dot+ R4_dot_dot+ Rc2_dot_dot(_dot_dot表示對(duì)時(shí)間求兩次導(dǎo)數(shù))將上述三個(gè)矢量方程分別分解為x和y 方向，則

15、它們等效為以下六個(gè)方程；Ac3x=-rc3*w32*C3-rc3*3*S3 (14)Ac3y=-rc3*w32*S3+rc3*3*C3 (15)Ac4x=-r3*w32*C3-r3*3*S3 (16)Ac4y=-r3*w32*S3+r3*3*C3 (17)Ac2x=-r3*w32*C3-r3*3*S3-rc2*w22*C2-rc2*2*S2 (18)Ac2y=-r3*w32*S3+r3*3*C3-rc2*w22*S2+rc2*2*C2 (19)力未知量為：F12x,F12y,F24x,F24y,F43x,F43y,F13x,F13y,Fy,Fm引入的加速度有：2，3，r1_dot_dot，Ac

16、3x，Ac3y，Ac4x，Ac4y，Ac2x，Ac2y三、系統(tǒng)方程的組裝將所有19個(gè)方程組裝成矩陣形式四、初始條件的設(shè)定假設(shè)圖3位置就是初始位置。由于2+3=180度（3.14弧度），所以積分器初始值設(shè)為2=1，3=2.14，r1=1.5，其它積分器初始值均設(shè)為0。五、機(jī)構(gòu)的仿真及其結(jié)果根據(jù)上述矩陣方程建立的m文件和simulink文件見附錄。仿真結(jié)果：1、并聯(lián)桿2的運(yùn)動(dòng)參數(shù)曲線如圖10圖10并聯(lián)桿2的運(yùn)動(dòng)參數(shù)2，w2，2曲線2、并聯(lián)桿3的運(yùn)動(dòng)參數(shù)曲線如圖11圖11并聯(lián)桿2的運(yùn)動(dòng)參數(shù)3，w3，3曲線3、直線電極滑塊1的運(yùn)動(dòng)參數(shù)曲線如圖12圖12直線電極滑塊1的運(yùn)動(dòng)參數(shù)r1,r1_dot,r1_dot_dot曲線4、 各個(gè)桿件內(nèi)力曲線如圖13由圖可知F24y與F43y的曲線重合，而實(shí)際上F24y,F43y是并聯(lián)桿與動(dòng)平臺(tái)之間的內(nèi)力，它們實(shí)際上也是相等的，所以曲線與實(shí)際情況相符。圖13各個(gè)桿件內(nèi)力曲線5、 直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)力Fm與導(dǎo)軌對(duì)直線電機(jī)次子法向支持力Fy的曲線圖14Fm與Fy的曲線6、并聯(lián)桿2的質(zhì)心加速度Ac2x，Ac2y曲線如圖15圖15并聯(lián)桿2的質(zhì)心加速度Ac2x，Ac2y曲線7、并聯(lián)桿3的質(zhì)心加速度Ac3x，Ac3y曲線如圖16圖16并聯(lián)桿3的質(zhì)心加速度Ac3x，Ac