摘要：將機械系統仿真分析工具同控制系統設計仿真軟件有機地連接起來，利用ADAMS/Controls 模塊對數控機床X-Y 工作平臺的進給機械系統進行了建模、通過ADAMS/View 或ADAMS/Solver 中的信息文件或啟動文件，確定ADAMS 的輸入和輸出，通過定義輸入和輸出，實現了ADAMS 和MATLAB 控制程序之間的閉環通信，終實現了復雜機電系統聯合仿真。

　　1.前言

　　利用伺服進給系統虛擬［1］樣機提供的集成環境對機械系統和電機控制系統進行聯合仿真［2］分析，是一種全新的設計方法。在傳統的復雜機械系統［3］設計過程中，機械工程師和控制工程師雖然在共同設計開發一個系統，但是他們各自都需要建立一個模型，然后分別采用不同的分析軟件，對機械系統和控制系統進行獨立調試。如果發現問題，機械工程師和控制工程師又需要回到各自的模型中，修改機械系統和控制系統，然后再進行物理樣機的聯合調試。實現虛擬樣機機構設計與運動控制系統之間的聯合仿真，必須在運動控制系統與樣機模型間起信息交互的橋梁。

　　ADAMS（Automatic Dynamic of Mechanical System）［4］提供了對復雜機電一體化系統進行聯合仿真分析的方法。ADAMS 軟件提供的一種方法是利用ADAMS/Controls 模塊，將機械系統仿真分析工具同控制系統設計仿真軟件有機地連接起來，實現機電一體化系統的聯合仿真分析和復雜機電系統聯合仿真。

　　2. X-Y 工作平臺伺服性能仿真系統

　　2.1 利用ADAMS 對進給驅動機械系統建模

　　2.1.1 幾何建模

　　X-Y 工作平臺尺寸參數與幾何模型如表1 和圖1 所示。

　　2.1.2 模型約束

　　ADAMS/View 提供的約束副有：理想約束（Idealized joint）、虛約束（Joint primitive）、高副約束（Contact）和運動驅動（Motions generator）等類型。理想約束是通常的具有物理意義的約束副，如：旋轉副、移動副、齒輪副等；虛約束用于限制物體之間的相對運動；高副約束用于定義兩個物體在運動過程中的接觸情況；運動驅動用于驅動模型按一定的規律運動。施加約束的正確與否主要與四個因素有關：約束類型、約束對象、約束位置、約束方向。如圖2 和圖3 所示。

　　圖2 X-Y 平臺伺服系統各部件之問的拓撲結構和約束關系

　　圖3 樣機中的約束和力

　　3. MATLAB/ADAMS 接口原理與設計

　　3.1 定義ADAMS 的輸入與輸出

　　需要通過 ADAMS/View 或ADAMS/Solver［6］中的信息文件或啟動文件，確定ADAMS 的輸入和輸出。輸出是指進入控制程序的變量，表示從ADAMS/Control 輸出到控制程序的變量。而輸入是指從控制程序返回到ADAMS 的變量，表示控制程序的輸出。如圖4 所示。

　　圖 4 ADAMS 與MATALB 的接口

　　通過定義輸入和輸出，實現 ADAMS 和MATLAB 控制程序之間的消息閉環通訊。即從ADAMS 輸出的信號進入MATLAB，同時從MATLAB 輸出的信號進入ADAMS 程序。這里所有程序的輸入都應該設置為變量，而輸出可以是變量或者是測量值。

　　3.2 MATLAB 環境中構造控制系統的方框圖

　　采用MATLAB/Simulink 工具箱建立的伺服進給系統的控制系統的仿真模型［7］，步驟1中在ADAMS/View 環境里建立好的虛擬樣機機械系統模型應被設置為控制系統方框圖的每一個模塊。ADAMS/plant 嵌入在MATLAB 環境中的框圖和內核參數對話框分別如圖5 所示。

　　圖5 Simulink 中ADAMS 控制框圖

　　4.結語

　　（1）實現多領域模型仿真的方法是利用每一特定領域的專門商用仿真軟件對該領域子系統進行建模，然后利用這些商用仿真軟件提供的接口將不同領域子系統的仿真模型組裝成為一個整體。

　　（2）虛擬樣機軟件ADAMS 可以實現和仿真控制軟件MATLAB/Simulink 無縫連接，通過定義系統輸入、輸出變量完成控制信息交互，從而進行復雜機電系統聯合仿真。

　　（3）虛擬樣機軟件ADAMS 為用戶自定義函數提供了接口，可以通過自定義動態連接函數實現外部控制數據驅動下的仿真。

　　（4）性能仿真系統的技術是虛擬樣機技術，而虛擬樣機的需要建立準確描述系統的仿真模型，然后與其他相關軟件有機關聯集成在一起進行系統性能仿真，其關鍵技術包括建模和仿真技術。

　　本文作者創新點為：實現了虛擬樣機軟件ADAMS 和仿真控制軟件MATLAB/Simulink 無縫連接；建立了準確描述系統的仿真模型。