雷达天线模型MATLAB与ADAMS联合仿真实验.docx

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雷达天线模型MATLAB与ADAMS联合仿真实验

雷达天线模型MATLAB与ADAMS联合仿真实验

1.导入雷达天线机械系统模型

启动ADAMS，弹出如图1所示的对话框，选择“Openanexistingdatabase”,打开保存雷达天线模型的文件夹X:

\antenna_test（注:

X表示盘符），单击OK按钮，在弹出的对话框中选择“main_olt.bin”即可打开雷达天下机械系统模型，如图2所示。

图1启动ADAMS

图2雷达天线机械系统模型

2.为模型添加相应的运动与约束

（1）在轴承与天线支撑间添加固定副

由于轴承（bearings）外圈与天线支撑（support_beam）是连接在一起的，所以需要在两者之间添加一个固定副。

点击图标，选择“2Bod-1Loc”方式，依次单击bearings与support_1，然后单击MAR71即可在轴承与支撑之间添加一个固定副（如图3），并将其名称修改为support_upper。

图3在轴承与支撑杆之间添加固定副

（2）在天线与轴承之间添加旋转副

由于天线绕着轴承做回转运动，故需在天线（antenna）与轴承（bearings）之间添加一个旋转副。

单击图标，选择“2Bod-1Loc”方式，依次单击antenna与bearings，然后单击MARKER_76即可在天线与轴承之间添加一个旋转副（如图4），并将其名称修改为antenna_joint。

图4在天线与轴承之间添加旋转副

（3）在天线支撑与底座之间添加固定副

由于底座（plate）与支撑杆（support_beam）是固连在一起的，所以需要在两者之间添加一个固定副。

点击图标，选择“2Bod-1Loc”方式，依次单击support_1与plate，然后单击MAR74即可在轴承与支撑杆之间添加一个固定副（如图5），并将其名称修改为support_lower。

图5在底座与支撑杆之间添加固定副

（4）在减速齿轮与地面基础框架间添加转动副

因为减速齿轮（reduction_gear）安装在地面基础框架（ground）上，并在框架上做旋转运动，故需要在减速齿轮与框架间添加一个旋转副。

单击图标，选择“PickFeature”方式，依次单击reduction_gear与ground，然后单击reduction_gear.REV3.E7（center）竖直向上移动鼠标即可在天线与轴承之间添加一个旋转副（如图6），并将其名称修改为gear_joint。

图6在减速齿轮与地面基础框架间添加转动副

（5）在方位马达与地面基础框架间添加旋转副

因为方位旋转马达通过转动副与地面基础框架连接，并通过齿轮副与减速齿轮连接，故需要在方位旋转马达与框架间添加一个旋转副。

单击图标，选择“PickFeature”方式，依次单击rotor与ground，然后单击ground.REV7.E4（center）竖直向上移动鼠标即可在天线与轴承之间添加一个旋转副（如图7），并将其名称修改为rotor_joint。

图7在方位马达与地面基础框架间添加旋转副（6）为方位旋转马达添加驱动力矩

在ADAMS/View工具箱中单击图标，在“Run-timeDirection”选项中选择“SpaceFixed”，在“Construction”选项中选择“PickFeature”，然后单击rotor，然后单击rotor.MARKER_84竖直向上移动鼠标即可为方位旋转马达添加驱动力矩（如图8），并将其名称修改为azimuth_actuator。

改驱动力矩在接下来的联合仿真中作为机械系统的输入变量，由MATLAB软件产生，以驱动方位旋转马达。

图8为方位旋转马达添加驱动力矩

3定义雷达天线系统模型的输入输出变量

1）定义输入变量

在进行联合仿真之前，需要定义ADAMS状态变量以接收来自控制软件的输出，并将该变量施加在动力学模型上。

本实验中需要定义一个状态变量接收控制方位旋转马达做旋转运动的力矩，选择Build菜单中的SystemElements下的状态变量子菜单，如图9所示。

图9创建状态变量子菜单图10创建状态变量

菜单打开后，创建名为“control_torque”的状态变量，如图10所示。

由图10可以看出F（time，„）后面输入栏中的数值为0，表示该控制力矩的数值将从控制软件的输出获得。

右击驱动力矩azimuth_actuator，选择“Modify”，将其函数值定义为VARVAL（control_torque）,以实时从状态变量control_torque中接收驱动力矩的数值，如图11所示。

图11驱动力矩函数值的定义

2）定义输出变量

定义输出变量的方法与定义输入变量的方法基本相同，定义ADAMS状态变量以输出动力学模型得到的运动状态至控制软件，本实验中，雷达天线的机械系统向控制系统输出两个信号，即天线仰角的方位角和马达的转速。

选择Build菜单下的SystemElements创建一个名为azimuth_position的状态变量，选择bearings上的MAR70和ground上的MAR26点为天线绕Z轴作旋转运动的参考点，如图12所示。

图12定义输出变量-天线仰角的方位角

同样的方法，创建一个名为rotor_velocity表示马达转速的状态变量，如图13所示。

图13定义输出变量-马达转速

其中，WZ（MAR21，MAR22，MAR22）表示函数返回马达（rotor）上的标记点MAR21绕大地（ground）上的标记点MAR22的z轴旋转的角速度值。

4定义输入输出宏

在上述工作中，已经在ADAMS机械系统中定义了用于机电联合仿真的输入/输出变量，但在ADAMS/Controls模块的输入/输出设置中还不能直接使用这些变量，需要将这些状态变量定义为输入/输出宏，如图14，图15，图16所示。

图14输入宏的定义（control_torque）

图15输出宏的定义（azimuth_position）

图16输出宏的定义（rotor_velocity）5设置ADAMS/Controls模块的输入输出

ADAMS/Controls模块输入/输出的设置如图17所示。

图17ADAMS/Controls模块输入/输出的设置6建立控制系统

控制系统建模的目的是建立一个机械和控制一体化的样机模型，从控制系统向ADAMS机械系统传递控制参数，ADAMS将机械系统运行的一些数据作为输出传递到控制系统中，控制系统分析这些数据后调整控制参数，在传递给ADAMS机械系统，从而形成一个闭环的反馈控制，达到对机械系统的精确控制。

利用MATLAB程序建立控制系统的一般步骤如下:

启动控制程序MATLAB;

在Simulink中设置仿真参数;

运行Simulink工具，进行控制系统建模。

（1）启动MATLAB程序

启动MATLAB程序，在MATLAB命令行中输入antenna_test，即在

ADAMS/Controls设置时输入的文件名，MATLAB返回相应结果为

%%%INFO:

ADAMSplantactuatorsnames:

1control_torque

%%%INFO:

ADAMSplantsensorsnames:

1rotor_velocity

2azimuth_position

在MATLAB命令提示符下输入who命令，显示文件中定义的变量列表，在

MATLAB命令窗口中返回如下结果:

Yourvariablesare:

ADAMS_cwdADAMS_modeADAMS_solver_typearchADAMS_execADAMS_outputsADAMS_staticflagADAMS_hostADAMS_pinputADAMS_sysdirmachineADAMS_initADAMS_poutputADAMS_uy_idstemp_strADAMS_inputsADAMS_prefixanstopdir可选择以上显示的任何一个变量名来检验变量。

例如，输入ADAMS_outputs，

MATLAB将返回相关变量的信息如下:

ADAMS_outputs=

rotor_velocity!

azimuth_position

（2）在MATLAB中导入ADAMS模块

在MATLAB输入提示符下输入adams_sys，弹出adams_sys_的模块窗口，如

图18所示。

图18adams_sys_模块

双击adams_sys_窗口中的adams_sub模块，弹出adams_sub模块的子系统窗口，如图19所示。

图18adams_sub模块

双击adams_sub中的MSC.Software模块，弹出ADAMS参数设置对话框，如

图20所示，并进行相关参数设置。

图20ADAMS参数设置对话框

（3）控制系统建模

控制系统建模需要用到MATLAB程序的Simulink工具箱。

按照图21所示的框图，构建一个控制系统，其中的adams_sub和两个输出显示器是从adams_sys_模块窗口拖放进来的。

图21控制系统框图

6系统仿真

（1）设置仿真参数

在Simulink模块的菜单栏中选择Simulation|Simulaitonparameters菜单项，弹出SimulationParameters对话框，设置仿真时间StartTime为0.0，设置StopTime为0.25;在Solveroptions选项中，选择Type为Variable-step和ode15s（stiff/NDF），单击OK按钮完成仿真参数设置，如图22所示。

图22仿真参数设置

（2）系统联合仿真

在Simulink菜单中选择Simulation|Start菜单项，开始进行系统仿真，仿真

结果如图23，图24和图25所示。

图23输入力矩

图24马达转速

图25方位角