matlabSIMULINK仿真实例.docx

1、matlabSIMULINK仿真实例二并联杆数控螺旋面钻头尖刃磨机的机构仿真一、仿真原理一、实训题目：全自动洗衣机控制系统 实训目的及要求：1、掌握欧姆龙PLC的指令，具有独立分析和设计程序的能力2、掌握PLC梯形图的基本设计方法3、培养分析和解决实际工程问题的能力4、培养程序设计及调试的能力5、熟悉传输带控制系统的原理及要求实训设备:：1、OMRON PLC及模拟实验装置 1台2、安装CX-P编程软件的PC机 1台3、PC机PLC通讯的RS232电缆线 1根实训内容： 1、分析工艺过程，明确控制要求（1）按下启动按扭及水位选择开关，相应的显示灯亮，开始进水直到高（中、低）水位，关水。（2）2

2、秒后开始洗涤。（3）洗涤时，正转30秒停2秒；然后反转30秒停2秒。（4）循环5次，总共320秒，然后开始排水。排水后脱水30秒。图1 全自动洗衣机控制2、统计I/O点数并选择PLC型号输入：系统启动按钮一个，系统停止按钮一个，高、中、低水位控制开关三个，高、中、低液位传感器三个，以及排水液位传感器一个。输出：进出水显示灯一盏，高、中、低水位显示灯各一盏，电机正、反转显示灯各一盏，排水、脱水显示灯灯各一盏。PLC的型号：输入一共有9个，考虑到留有1520的余量即9（115）10.35，取整数10，所以共需10个输入点。输出共有8个，8（115）9.2，取整数9，所以共需9个输出点。可以选OMR

3、ON公司的CPM1A/CPM2A型PLC就能满足此例的要求。3、I/O分配表1 全自动洗衣机控制I/O分配表输入输出地址名称地址名称00000启动系统按钮01000排水显示灯00001高水位选择按钮01001脱水显示灯00002中水位选择按钮01002进、出水显示灯00003低水位选择按钮01003高水位显示灯00004排水液位传感器01004中水位显示灯00005停止系统按钮01005低水位显示灯00006高水位液位传感器01006电机正转显示灯00007中水位液位传感器01007电机反转显示灯00008低水位液位传感器4、PLC控制程序设计及分析实现功能：当按下按钮00000,中间继电器2

4、0000得电并自锁,按下停止按钮00005，中间继电器20000掉电。中间继电器20000为系统总启动。实现功能：当按下按钮00001,中间继电器20001得电并自锁；当中间继电器20002、20003、20004、20007任意一个为ON，或按下停止按钮00005，或01000、01001为ON时，中间继电器20001掉电。实现功能：当按下按钮00002,中间继电器20002得电并自锁；当中间继电器20001、20003、20005、20007任意一个为ON，或按下停止按钮00005，或01000、01001为ON时，中间继电器20002掉电。实现功能：当按下按钮00003,中间继电器200

5、03得电并自锁；当中间继电器20001、20002、20006、20007任意一个为ON，或按下停止按钮00005，或01000、01001为ON时，中间继电器20003掉电。实现功能：当按下按钮00006且01002为ON时,中间继电器20004得电并自锁；当中间继电器20002、20003、20005、20006任意一个为ON，或按下停止按钮00005，或计数器CNT005为ON时，中间继电器20004掉电。实现功能：当按下按钮00007且01002为ON时,中间继电器20005得电并自锁；当中间继电器20001、20003、20004、20006任意一个为ON，或按下停止按钮00005，

6、或计数器CNT005为ON时，中间继电器20005掉电。实现功能：当按下按钮00008且01002为ON时,中间继电器20006得电并自锁；当中间继电器20001、20002、20004、20005任意一个为ON，或按下停止按钮00005，或计数器CNT005为ON时，中间继电器20004掉电。实现功能：当中间继电器20004、20005、20006中任意一个为ON时，定时器TIM000开始定时，2秒后定时时间到，TIM000为ON；当中间继电器20004、20005、20006都为OFF时，定时器TIM000掉电。实现功能：当定时器TIM000为ON且中间继电器20008和定时器TIM004

7、为OFF时，中间继电器20007为ON，同时定时器TIM001、TIM002、TIM003、TIM004开始定时，30秒后定时器TIM001定时时间到（即TIM001为ON），再过2秒定时器TIM002定时时间到（即TIM002为ON），当TIM002为ON后再过30秒定时器TIM003定时时间到（即TIM003为ON），之后再过2秒定时器TIM004定时时间到（即TIM004为ON）；定时器TIM004为ON时，中间继电器20007、定时器TIM001、TIM002、TIM003、TIM004同时掉电，之后进行下一次循环。当定时器TIM000为OFF或中间继电器20008为ON时，中间继电器

8、20007、定时器TIM001、TIM002、TIM003、TIM004同时掉电。实现功能：当系统一上电，特殊继电器25315在第一个周期内导通为ON，计数器CNT005自动复位为OFF，当前值恢复为#5，当定时器TIM004为ON时，计数器CNT005计数一次，当计数满设定值时，其输出为ON且保持，当灯01001为ON或停止按钮00005为ON时，计数器CNT005自动复位为OFF。实现功能：当按下按钮00004且灯01000为ON时,中间继电器20008得电并自锁且定时器TIM006开始定时，定时30秒后，定时器TIM006为ON；TIM006常闭触点为OFF,中间继电器20008和定时器

9、TIM006掉电。实现功能：当中间继电器20001为ON且中间继电器20004为OFF，或中间继电器20002为ON且中间继电器20005为OFF，或中间继电器20003为ON且中间继电器20006为OFF，这三种情况中的任意一种实现时，灯01002为ON；其他状态时，灯01002为OFF。实现功能：当中间继电器20001为ON时，灯01003为ON；当中间继电器20001为OFF时，灯01003为OFF。实现功能：当中间继电器20002为ON时，灯01004为ON；当中间继电器20002为OFF时，灯01004为OFF。实现功能：当中间继电器20003为ON时，灯01005为ON；当中间继电

10、器20003为OFF时，灯01005为OFF。实现功能：当中间继电器20007为ON且定时器TIM001为OFF时，灯01006为ON；当中间继电器20007为OFF或定时器TIM001为ON时，灯01006为OFF。实现功能：当定时器TIM002为ON且定时器TIM003为OFF时，灯01007为ON；当定时器TIM002为OFF或定时器TIM003为ON时，灯01007为OFF。实现功能：当计数器CNT005为ON且中间继电器20008和灯01001为OFF时，灯01000为ON；当计数器CNT005为OFF或中间继电器20008为ON或灯01001为ON时，灯01000为OFF。实现功能

11、：当中间继电器20008为ON时，灯01001为ON；当中间继电器20008为OFF时，灯01001为OFF。图1二并联杆数控螺旋面钻头尖刃磨机床示意图图2 二并联杆数控螺旋面钻头尖刃磨机床刃磨原理图重要假设条件：1、 二并联杆数控螺旋面钻头尖刃磨机床是通过两组并联杆（2，a和3，b）保证动平台4只在空间中做水平运动，而没有翻转运动。每一组并联杆是由空间相互平行的4根杆件组成，由于组内各杆件受力相同，所以将其简化成平面机构如图2。构件a，b是保证动平台4只做水平运动的辅助平行杆，所以可以假设将机构中杆件a，b省略，而动平台4只做水平移动，没有翻转运动，也就是4相对于地面的夹角4恒等于0。2、

12、直线电机的次子有两个（1和5）但是在加工过程中并不是两者同时运动，所以假设5与导轨固联。3、 假设机床在工作过程中动平台4只受到树直向上的恒力作用，且作用在其中心位置。基于以上假设机床平面结构示意图如图3。图3二并联杆数控螺旋面钻头尖刃磨机床简化机构平面结构示意图二、建立仿真方程C2=cos(2) S2=sin(2) C3=cos(3) S3=sin(3)一） 力方程（分别对各个杆件进行受力分析）对动平台4：受力分析如图4 F24x+F43x=m4*Ac4x （1）F24y+F43y=m4*Ac4y （2）F24y*rc4-F43y*rc4=0 （3） 图4动平台4的受力分析 对并联杆2：受力

13、分析如图5F12x+F24x=-m2*Ac2x （4）F12y+F24y=-m2*Ac2y （5）F12x*rc2*S2+F12y*rc2*C2-F24x*rc2*S2-F24y*rc2*C2=I2*2 （6） 图5并联杆2的受力分析对直线电机滑块1：受力分析如图6Fm+F12x=m1*r1_dot_dot （7）Fy=F12y （8） 图6直线电机滑块1的受力分析对并联杆3：受力分析如图7F13x+F43x=-m3*Ac3x （9）F13y+F43y=-m3*Ac3y （10）F43x*r3*C3+F43y*r3*S3= I3*3 （11） 图7并联杆3的受力分析二） 闭环矢量运动方程（矢量

14、图如图8）图8 闭环矢量图矢量方程为：R1+R2=R3+R4将上述矢量方程分解为x和y方向，并分别对方程两边对时间t求两次导数得：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） 质心加速度的矢量方程图9质心加速度的矢量示意图矢量关系：Ac3=Rc3_dot_dotAc4=R3_dot_dot+ Rc4_dot_dotAc2=R3_dot_dot+ R4_dot_dot+ Rc2_dot_dot(_dot_dot表示对时间求两次导数)将上述三个矢量方程分别分

15、解为x和y 方向，则它们等效为以下六个方程；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)力未知量为：F12x,F12y,F24x,F24y,F43x,F43y,F13x,F13y,Fy,Fm引入的加速度有：2，3，r1_

16、dot_dot，Ac3x，Ac3y，Ac4x，Ac4y，Ac2x，Ac2y三、系统方程的组装将所有19个方程组装成矩阵形式四、初始条件的设定假设图3位置就是初始位置。由于2+3=180度（3.14弧度），所以积分器初始值设为2=1，3=2.14，r1=1.5，其它积分器初始值均设为0。五、机构的仿真及其结果根据上述矩阵方程建立的m文件和simulink文件见附录。仿真结果：1、并联杆2的运动参数曲线如图10图10并联杆2的运动参数2，w2，2曲线2、并联杆3的运动参数曲线如图11图11并联杆2的运动参数3，w3，3曲线3、直线电极滑块1的运动参数曲线如图12图12直线电极滑块1的运动参数r1,

17、r1_dot,r1_dot_dot曲线4、 各个杆件内力曲线如图13由图可知F24y与F43y的曲线重合，而实际上F24y,F43y是并联杆与动平台之间的内力，它们实际上也是相等的，所以曲线与实际情况相符。图13各个杆件内力曲线5、 直线电机驱动力Fm与导轨对直线电机次子法向支持力Fy的曲线图14Fm与Fy的曲线6、并联杆2的质心加速度Ac2x，Ac2y曲线如图15图15并联杆2的质心加速度Ac2x，Ac2y曲线7、并联杆3的质心加速度Ac3x，Ac3y曲线如图16图16并联杆3的质心加速度Ac3x，Ac3y曲线8、动平台4的质心加速度Ac4x，Ac4y曲线如图17图17动平台4的质心加速度Ac4x，Ac4y曲线9、误差曲线图18机构仿真误差随时间的变化曲线M函数为function e=my7(u)%u(1)=r1%u(2)=theta_2%u(3)=theta_3r2=1.0;r3=1.0;r4=0.5;ex=u(1)-r2*cos(u(2)+r3*cos(u(3)-r4;ey=r2*sin(u(2)-r3*sin(u(3);e=norm(ex ey);结论：由误差曲线可以看出误差程周期变化，并且是收敛状态，所以仿真正确。