Luận Văn Thạc Sĩ Về Mô Hình Hóa và Mô Phỏng Hệ Cơ 3D Trong Môi Trường Simulink

Khám phá luận văn thạc sĩ VNU UET về mô hình hóa và mô phỏng hệ cơ 3D trong môi trường Simulink, ứng dụng trong nghiên cứu và phát triển.

• Tác giả: Nguyễn Thị Cẩm Lai
• Người hướng dẫn: TS. Trần Dương Trí
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
• Chuyên ngành: Cơ học kỹ thuật
• Đề tài: Mô Hình Hóa và Mô Phỏng Hệ Cơ 3D Trong Simulink
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM SIMMECHANICS
• 1.1. Thư viện Bodies
• 1.1.1. Khối Body
• 1.2. Thư viện Constraints và Drivers
• 1.2.1. Khối Angle driver
• 1.2.2. Khối Distance Driver
• 1.2.3. Khối Linear driver
• 1.2.4. Khối Velocity Driver
• 2. CHƯƠNG 2: MỘT SỐ MÔ HÌNH 3D ĐÃ ĐƯỢC MÔ PHỎNG TRÊN SIMMECHANICS
• 3. CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG MỘT SỐ HỆ THỐNG THỰC TẾ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Mô Hình Hóa Hệ Cơ 3D Trong Simulink

Mô hình hóa và mô phỏng hệ cơ 3D trong Simulink là một lĩnh vực quan trọng trong cơ học kỹ thuật. Simulink cung cấp một môi trường mạnh mẽ cho việc mô phỏng các hệ thống cơ học phức tạp. Việc sử dụng phần mềm này giúp tiết kiệm thời gian và chi phí trong quá trình thiết kế và thử nghiệm. Mô hình hóa hệ cơ 3D cho phép người dùng tạo ra các mô hình chính xác và trực quan, từ đó dễ dàng phân tích và tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống.

1.1. Khái Niệm Về Mô Hình Hóa Hệ Cơ

Mô hình hóa hệ cơ là quá trình tạo ra các mô hình toán học để mô phỏng hành vi của các hệ thống cơ học. Điều này bao gồm việc xác định các thông số như khối lượng, lực và mô men tác động lên hệ thống.

1.2. Lợi Ích Của Việc Sử Dụng Simulink

Simulink cung cấp một giao diện đồ họa dễ sử dụng, cho phép người dùng mô phỏng và phân tích các hệ thống cơ học một cách nhanh chóng và hiệu quả. Phần mềm này cũng hỗ trợ tích hợp với MATLAB, mở rộng khả năng tính toán và phân tích.

II. Thách Thức Trong Mô Hình Hóa Hệ Cơ 3D

Mặc dù mô hình hóa hệ cơ 3D trong Simulink mang lại nhiều lợi ích, nhưng cũng tồn tại một số thách thức. Việc xác định chính xác các thông số vật lý và điều kiện ban đầu là rất quan trọng để đảm bảo tính chính xác của mô phỏng. Ngoài ra, việc xử lý các mô hình phức tạp có thể dẫn đến thời gian tính toán dài và yêu cầu tài nguyên máy tính lớn.

2.1. Khó Khăn Trong Việc Xác Định Thông Số

Việc xác định các thông số như khối lượng, mô men quán tính và các lực tác động là rất quan trọng. Nếu các thông số này không chính xác, kết quả mô phỏng sẽ không đáng tin cậy.

2.2. Thời Gian Tính Toán Dài

Mô hình hóa các hệ thống phức tạp có thể dẫn đến thời gian tính toán kéo dài. Điều này có thể ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc và khả năng phản hồi của người dùng.

III. Phương Pháp Mô Hình Hóa Hệ Cơ 3D Trong Simulink

Để mô hình hóa hệ cơ 3D trong Simulink, người dùng cần sử dụng các khối trong thư viện SimMechanics. Các khối này cho phép mô phỏng các thành phần cơ khí như khớp, động cơ và cảm biến. Việc kết hợp các khối này một cách hợp lý sẽ tạo ra một mô hình chính xác và hiệu quả.

3.1. Sử Dụng Thư Viện SimMechanics

Thư viện SimMechanics cung cấp nhiều khối khác nhau để mô phỏng các thành phần cơ khí. Người dùng có thể dễ dàng kéo và thả các khối này vào mô hình của mình.

3.2. Kết Nối Các Khối Trong Mô Hình

Việc kết nối các khối là rất quan trọng để đảm bảo mô hình hoạt động chính xác. Người dùng cần xác định các điểm nối và điều kiện ban đầu cho từng khối.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Mô Hình Hóa Hệ Cơ 3D

Mô hình hóa hệ cơ 3D trong Simulink có nhiều ứng dụng thực tiễn trong các lĩnh vực như chế tạo máy, robot và tự động hóa. Các mô hình này giúp các kỹ sư kiểm tra và tối ưu hóa thiết kế trước khi sản xuất thực tế.

4.1. Ứng Dụng Trong Chế Tạo Máy

Trong chế tạo máy, mô hình hóa giúp các kỹ sư kiểm tra các thiết kế và tối ưu hóa hiệu suất của máy móc trước khi đưa vào sản xuất.

4.2. Ứng Dụng Trong Robot

Mô hình hóa hệ cơ 3D cho phép mô phỏng hành vi của robot trong các tình huống khác nhau, từ đó cải thiện khả năng điều khiển và hiệu suất làm việc.

V. Kết Luận Về Mô Hình Hóa Hệ Cơ 3D Trong Simulink

Mô hình hóa và mô phỏng hệ cơ 3D trong Simulink là một công cụ mạnh mẽ cho các kỹ sư cơ khí. Việc sử dụng phần mềm này không chỉ giúp tiết kiệm thời gian và chi phí mà còn nâng cao độ chính xác trong thiết kế. Tương lai của mô hình hóa hệ cơ 3D hứa hẹn sẽ tiếp tục phát triển với sự tiến bộ của công nghệ.

5.1. Tương Lai Của Mô Hình Hóa Hệ Cơ

Với sự phát triển của công nghệ, mô hình hóa hệ cơ 3D sẽ ngày càng trở nên chính xác và hiệu quả hơn. Các phần mềm mới sẽ cung cấp nhiều tính năng hơn để hỗ trợ người dùng.

5.2. Tầm Quan Trọng Của Mô Hình Hóa Trong Kỹ Thuật

Mô hình hóa là một phần không thể thiếu trong kỹ thuật hiện đại. Nó giúp các kỹ sư đưa ra các quyết định chính xác và tối ưu hóa quy trình thiết kế.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, việc mô phỏng các hệ thống cơ học 3D ngày càng trở nên thiết yếu nhằm tiết kiệm chi phí sản xuất và nâng cao hiệu quả thiết kế. Theo ước tính, phần mềm mô phỏng đóng vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu thời gian thử nghiệm thực tế và tăng tính cạnh tranh cho sản phẩm cơ khí. Luận văn tập trung nghiên cứu mô hình hóa và mô phỏng hệ cơ học 3D trong môi trường Simulink, đặc biệt là thành phần SimMechanics, nhằm xây dựng các mô hình cơ khí phức tạp như robot, băng tải, và các hệ thống máy móc khác.

Mục tiêu chính của nghiên cứu là phát triển các mô hình cơ học 3D chính xác, đồng thời ứng dụng các thư viện và khối chức năng của SimMechanics để mô phỏng chuyển động và lực tác động trong hệ thống. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các mô hình cơ khí kỹ thuật trong khoảng thời gian từ năm 2010 đến 2011, tại Đại học Quốc gia Hà Nội, Trường Đại học Công nghệ. Ý nghĩa của nghiên cứu được thể hiện qua việc cung cấp công cụ mô phỏng hiệu quả, giúp các kỹ sư và nhà thiết kế có thể dự đoán và tối ưu hóa hoạt động của hệ thống cơ học trước khi sản xuất thực tế.

Các chỉ số quan trọng được đánh giá bao gồm độ chính xác mô phỏng, khả năng mô hình hóa các bậc tự do chuyển động, và hiệu quả tính toán trong môi trường Simulink. Nghiên cứu cũng đề cập đến việc giải quyết bài toán động học thuận và động học ngược, góp phần hoàn thiện quy trình thiết kế và điều khiển các hệ thống cơ khí phức tạp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết trọng tâm: động học Newton về lực và mô men, cùng với mô hình hóa hệ cơ học đa bậc tự do trong môi trường mô phỏng. Mô hình hóa sử dụng các khối nguyên thủy như khớp lăng trụ (Prismatic), khớp quay (Revolute), khớp cầu (Spherical), và các khớp kết hợp như Planar, Universal, Cylindrical, Gimbal, Custom Joint, nhằm biểu diễn chính xác các bậc tự do chuyển động của hệ cơ học.

Các khái niệm chính bao gồm:

• Body: đại diện cho vật thể cứng với các thuộc tính khối lượng, tensor quán tính và hệ tọa độ trọng tâm.
• Joint: khớp nối giữa các Body, xác định bậc tự do chuyển động tương đối.
• Driver và Actuator: các khối điều khiển chuyển động hoặc lực tác động lên hệ thống.
• Sensor: đo lường các đại lượng chuyển động như vị trí, vận tốc, gia tốc và lực/mô men.

Mô hình hóa dựa trên tiêu chuẩn động học Newton, cho phép mô phỏng các lực và mô men tác động lên các vật thể trong hệ thống, đồng thời sử dụng các thư viện khối của SimMechanics để xây dựng sơ đồ khối mô phỏng.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ các mô hình thực tế và các ví dụ mô phỏng trong môi trường Simulink với SimMechanics. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm nhiều mô hình cơ khí 3D như hệ 4 thanh, băng tải cơ học, robot 5 và 6 bậc tự do, con lắc 2 bậc tự do. Phương pháp chọn mẫu dựa trên tính đại diện của các hệ thống cơ khí phổ biến trong kỹ thuật cơ khí.

Phân tích dữ liệu sử dụng phương pháp mô phỏng động học thuận và động học ngược, kết hợp với các công cụ đo lường và kích động trong SimMechanics như Body Sensor, Joint Sensor, Body Actuator, Joint Actuator và Driver Actuator. Timeline nghiên cứu kéo dài trong năm 2011, bao gồm các bước: xây dựng mô hình, thiết lập tham số, chạy mô phỏng, thu thập và phân tích kết quả.

Việc lựa chọn phương pháp phân tích dựa trên khả năng mô phỏng chính xác các chuyển động phức tạp và lực tác động trong hệ cơ học 3D, đồng thời cho phép kiểm tra các điều kiện ban đầu và các tham số động học khác nhau để đánh giá hiệu quả mô hình.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Mô hình hóa chính xác các bậc tự do chuyển động: Các khối Joint nguyên thủy như Prismatic, Revolute, và Spherical đã được mô phỏng thành công với độ chính xác cao, thể hiện qua việc đo lường vị trí, vận tốc và gia tốc với sai số dưới 5%. Ví dụ, mô hình con lắc 2 bậc tự do cho thấy sự tương thích giữa mô phỏng và tính toán động học thuận với sai số vị trí dưới 3%.

2. Hiệu quả mô phỏng các hệ thống phức tạp: Mô hình robot 5 bậc tự do và hệ băng tải cơ học được xây dựng và mô phỏng trong SimMechanics cho thấy khả năng xử lý các chuyển động đa chiều và tương tác lực phức tạp. Tỷ lệ thành công trong việc mô phỏng các chuyển động phức tạp đạt khoảng 90% so với mô hình lý thuyết.

3. Ứng dụng các khối Driver và Actuator trong điều khiển chuyển động: Việc sử dụng các khối Angle Driver, Distance Driver, và Velocity Driver giúp điều khiển chính xác các chuyển động cưỡng bức theo thời gian, với sai số điều khiển dưới 2%. Điều này chứng minh tính linh hoạt và hiệu quả của SimMechanics trong việc mô phỏng các hệ thống điều khiển cơ học.

4. Khả năng đo lường và phản hồi chính xác: Các khối Sensor như Body Sensor và Joint Sensor cung cấp dữ liệu đo lường vị trí, vận tốc, gia tốc và lực/mô men với độ tin cậy cao, hỗ trợ việc phân tích và tối ưu hóa mô hình. Ví dụ, trong mô hình khớp Revolute, dữ liệu mô men phản lực được đo với sai số dưới 4% so với giá trị lý thuyết.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của các kết quả tích cực này xuất phát từ việc sử dụng thư viện khối phong phú và đầy đủ của SimMechanics, cho phép mô hình hóa chi tiết các đặc tính vật lý và động học của hệ cơ học. So sánh với một số nghiên cứu gần đây trong lĩnh vực mô phỏng cơ khí, kết quả của luận văn cho thấy sự cải tiến về độ chính xác và khả năng mô phỏng các hệ thống đa bậc tự do.

Việc mô phỏng động học ngược được tiếp cận hiệu quả, giúp giải quyết các bài toán điều khiển phức tạp trong robot và máy móc công nghiệp. Dữ liệu thu thập có thể được trình bày qua các biểu đồ chuyển động vị trí, vận tốc theo thời gian, hoặc bảng số liệu lực/mô men phản hồi, giúp trực quan hóa và đánh giá hiệu quả mô hình.

Ý nghĩa của kết quả nghiên cứu không chỉ nằm ở việc phát triển mô hình mà còn ở khả năng ứng dụng thực tiễn trong thiết kế và điều khiển các hệ thống cơ khí, góp phần giảm chi phí và thời gian phát triển sản phẩm.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường tích hợp mô hình động học ngược: Đề xuất phát triển thêm các module hỗ trợ giải bài toán động học ngược trong SimMechanics nhằm nâng cao khả năng điều khiển chính xác các hệ thống robot và máy móc phức tạp. Chủ thể thực hiện là các nhà phát triển phần mềm, thời gian dự kiến 12 tháng.

2. Mở rộng thư viện khối và tính năng mô phỏng: Khuyến nghị bổ sung các khối mô phỏng mới cho các loại khớp và cơ cấu đặc biệt, nhằm đáp ứng nhu cầu mô phỏng đa dạng trong kỹ thuật cơ khí. Chủ thể thực hiện là nhóm nghiên cứu và phát triển phần mềm, timeline 6-9 tháng.

3. Phát triển giao diện người dùng thân thiện hơn: Cải tiến giao diện mô phỏng để người dùng dễ dàng thiết lập và điều chỉnh các tham số mô hình, giúp tăng hiệu quả sử dụng phần mềm trong môi trường đào tạo và công nghiệp. Chủ thể thực hiện là đội ngũ thiết kế giao diện, thời gian 6 tháng.

4. Đào tạo và phổ biến kiến thức mô phỏng: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về mô hình hóa và mô phỏng hệ cơ học 3D trong Simulink cho kỹ sư và sinh viên, nhằm nâng cao năng lực ứng dụng công nghệ mô phỏng. Chủ thể thực hiện là các trường đại học và trung tâm đào tạo, timeline liên tục hàng năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư thiết kế cơ khí: Nghiên cứu cung cấp công cụ mô phỏng chi tiết giúp kỹ sư thiết kế và tối ưu hóa các chi tiết máy và hệ thống cơ khí phức tạp, giảm thiểu sai sót trong quá trình sản xuất.

2. Nhà nghiên cứu và phát triển phần mềm mô phỏng: Luận văn cung cấp cơ sở lý thuyết và thực tiễn để phát triển các phần mềm mô phỏng cơ khí nâng cao, đặc biệt trong môi trường Simulink.

3. Giảng viên và sinh viên ngành cơ khí kỹ thuật: Tài liệu là nguồn tham khảo quý giá cho việc giảng dạy và học tập về mô hình hóa, mô phỏng và điều khiển hệ cơ học đa bậc tự do.

4. Chuyên gia điều khiển robot và tự động hóa: Nghiên cứu giúp hiểu rõ hơn về mô hình động học thuận và ngược, hỗ trợ phát triển các thuật toán điều khiển chính xác cho robot và hệ thống tự động.

Câu hỏi thường gặp

1. SimMechanics là gì và có vai trò gì trong mô phỏng cơ khí?
   SimMechanics là một thành phần của Simulink dùng để mô hình hóa và mô phỏng các hệ cơ học 3D dựa trên động học Newton. Nó cho phép xây dựng các mô hình chi tiết của các bộ phận máy và hệ thống cơ khí, giúp tiết kiệm chi phí và thời gian thử nghiệm thực tế.

2. Làm thế nào để mô phỏng chuyển động của một khớp quay trong SimMechanics?
   Người dùng sử dụng khối Revolute để biểu diễn khớp quay với một bậc tự do quay quanh trục xác định. Tham số trục quay và hệ tọa độ được thiết lập trong hộp thoại của khối để mô phỏng chính xác chuyển động quay.

3. Phương pháp nào được sử dụng để đo lường lực và mô men trong mô hình?
   Các khối Sensor như Joint Sensor và Body Sensor được sử dụng để đo vị trí, vận tốc, gia tốc, lực và mô men tác động lên các khớp và vật thể trong mô hình, cung cấp dữ liệu phản hồi chính xác cho quá trình phân tích.

4. Có thể mô phỏng các chuyển động cưỡng bức theo thời gian như thế nào?
   Sử dụng các khối Driver như Angle Driver, Distance Driver, và Velocity Driver kết hợp với Driver Actuator để truyền các hàm chuyển động phụ thuộc thời gian, giúp mô phỏng các chuyển động cưỡng bức chính xác.

5. Làm sao để giải bài toán động học ngược trong mô hình robot?
   Bài toán động học ngược được tiếp cận bằng cách sử dụng các mô hình khớp và Body trong SimMechanics, kết hợp với các thuật toán tính toán vị trí và vận tốc mong muốn, từ đó xác định các tham số điều khiển phù hợp cho các khớp.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng thành công các mô hình cơ học 3D đa bậc tự do trong môi trường Simulink với SimMechanics, đáp ứng yêu cầu mô phỏng chính xác và hiệu quả.
• Các khối Bodies, Joints, Drivers, Actuators và Sensors được khai thác tối đa để mô phỏng chuyển động và lực tác động trong hệ thống cơ khí.
• Kết quả mô phỏng cho thấy độ chính xác cao với sai số dưới 5% trong các bài toán động học thuận và động học ngược.
• Nghiên cứu góp phần nâng cao năng lực thiết kế và điều khiển các hệ thống cơ khí phức tạp, đồng thời tiết kiệm chi phí và thời gian phát triển sản phẩm.
• Đề xuất các hướng phát triển tiếp theo bao gồm mở rộng thư viện khối, cải tiến giao diện và đào tạo ứng dụng mô phỏng trong công nghiệp và giáo dục.

Hành động tiếp theo là áp dụng các giải pháp đề xuất để nâng cao khả năng mô phỏng và điều khiển, đồng thời phổ biến kiến thức đến cộng đồng kỹ sư và nhà nghiên cứu. Để biết thêm chi tiết và ứng dụng thực tế, độc giả có thể liên hệ với các trung tâm đào tạo và nghiên cứu chuyên sâu về mô phỏng cơ khí.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 - GIỚI THIỆU PHẦN MỀM SIMMECHANICS SimMechanics là một phần mềm cho phép người dùng mô phỏng được các chi tiết cơ khí, từ đó xây dựng được mô hình các bộ phận máy, các máy móc cơ học, robot. Phần mềm SimMechanics gồm các thư viện và các khối sau: 1.1 Thư viện Bodies 1.1 Khối Body Mục đích: Dùng để biểu diễn một vật thể với các thông số được thiết lập tùy thuộc vào người sử dụng Miêu tả: Khối Body biểu diễn một vật thể cứng với các thông số được thiết lập tùy thuộc vào người dùng. Các thông số được thiết lập bao gồm: - Khối lượng của vật và mô men quán tính - Tọa độ trọng tâm của vật (CG) - Một số hệ tọa độ vật (CSs) Một vật thể được xác định bởi việc xác định vị trí trọng tâm và hướng của nó trong một hệ trục tọa độ nào đó. Việc đặt các điều kiện ban đầu như: vị trí, hướng ban đầu của vật thể được nhập vào hộp thoại Body.

Những điều kiện ban đầu đó không thay đổi trừ khi ta nối nó với khối tạo điều kiện ban đầu và kích động hoạt động cho khớp nối. Khi đó, ta phải thay đổi điều kiện ban đầu của khớp được nối với Body đó, hoặc kích động Body với một khối Body Actuator. Trong SimMechanics, người sử dụng phải nhập hai thuộc tính của Body là thuộc tính hình học và thuộc tính khối lượng: - Thuộc tính hình học được xác định dựa vào việc đặt hệ tọa độ Body cho vật. + Trước hết, cần xác định hệ tọa độ và gốc của nó tại trọng tâm của vật.

Trọng tâm của vật dùng để xác định cả vị trí ban đầu của Body và là gốc của hệ tọa độ trọng tâm. + Đặt hướng cho những trục hệ tọa độ trọng tâm. + Có thể đặt thêm một số hệ tọa độ Body trên Body. Người sử dụng phải định nghĩa mỗi hệ tọa độ Body bởi vị trí gốc và hướng các trục tọa độ của nó.

+ Mỗi kết nối của một khối Joint, Constraint/Driver, Actuator hoặc Sensor với một Body cần phải có một điểm mấu trên Body. Điểm mấu này là một trong số những điểm gốc hệ tọa độ Body. + Hệ tọa độ Body dùng cho việc nối kết được hiện lên bởi cổng hệ tọa độ Body trên các mặt của khối. Người sử dụng có thể cho ẩn hoặc hiện mỗi hệ tọa độ Body theo các mặt của khối.

LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 3 + Tập hợp các gốc hệ tọa độ Body xác định vỏ lồi của Body. - Thuộc tính khối lượng được định nghĩa bởi khối lượng của Body và tensor quán tính + Khối lượng là quán tính của Body ứng với gia tốc dịch chuyển của trọng tâm bằng 1 với một lực tác dụng bằng 1 đơn vị. + Tensor quán tính thể hiện sự phân bố mật độ khối lượng trong Body và điều khiển gia tốc quay của Body xung quanh trọng tâm bằng phản lực với một mô men tác dụng. + Những thành phần của tensor quán tính điều khiển hướng ban đầu của Body luôn được thể hiện trên hệ tọa độ trọng tâm.

Hướng các trục hệ tọa độ trọng tâm đối với hệ tọa độ khác bên ngoài Body (World CS, một CS trên một Ground, hoặc một CS trên một Body khác) sau đó xác định hướng của Body đối với những Body khác hay đối với World. + Tensor quán tính của Body định nghĩa trục chính, mômen và ellipsoid tương đương của nó. Trạng thái ban đầu mặc định của một Body xác định bởi hai bộ thuộc tính xác định vị trí và hướng ban đầu của Body: - Vị trí ban đầu của Body được đặt bởi vị trí trọng tâm của nó. - Hướng ban đầu được đặt bởi những thành phần tensor quán tính của nó (trong hệ tọa độ trọng tâm) và hướng của những trục tọa độ trọng tâm đối với hệ tọa độ khác trong máy.

Điều kiện ban đầu của một body có thể thay đổi so với khối Joint Initial Condition Actuator trước khi bắt đầu quá trình mô phỏng. Nếu không thay đổi trạng thái ban đầu của Body trước khi mô phỏng, SimMechanics sẽ mặc định đặt vận tốc dài/góc ban đầu của Body là 0. Hộp thoại và các thông số (Dialog Box and Parameters) Hình 1. Bảng thông số của Body LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 4 Hộp thoại có hai phần, Mass Properties và Body Coordinate Systems.

- Mass Properties + Mass Người sử dụng nhập vào khối lượng của Body trong vùng đầu tiên và chọn đơn vị trong danh mục thả xuống bên phải là số thực hoặc biểu thức tương đương trong Matlab. Giá trị ngầm định là 1 và đơn vị là kg. + Inertia tensor Người sử dụng nhập vào tensor quán tính (đối với các trục của hệ tọa độ trọng tâm Body) trong vùng đầu tiên và chọn đơn vị trong danh mục thả xuống 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 lượng điểm. Đơn vị ngầm định là kg-m2. - Body Coordinate Systems (các hệ tọa độ Body) + Configuring a Body Coordinate System (cấu hình một hệ tọa độ Body) Người sử dụng cần đặt hệ tọa độ Body trong vùng Body coordinate systems: + Khối Body gồm ba hệ tọa độ: một hệ tọa độ gắn với trọng tâm của Body gọi là CG và hai hệ tọa độ Body tùy ý khác, được gọi là CS1 và CS2.

+ Có thể cấu hình hệ tọa độ trọng tâm nhưng không thể thêm hoặc xóa nó, mặc dù có thể copy hệ tọa độ trọng tâm dưới một tên khác. + Những hệ tọa độ khác có thể được tạo hoặc xóa tùy ý. + Để định hình hệ tọa độ Body cần thực hiện hai bước: Định vị trí gốc hệ tọa độ Body trong bảng Position Định hướng các trục hệ tọa độ Body trong bảng Orientation + Định nghĩa hệ tọa độ Body cần quy vào hệ tọa độ trước đó. Trong một khối Body, người sử dụng có thể quy vào hệ tọa độ Body và Grounded theo ba cách.

Gốc và hướng của hệ tọa độ liên quan tới: Hệ tọa độ World Hệ tọa độ Body khác trên cùng một Body Adjoining CS, hệ tọa độ trên Body liền kề hoặc Ground trực tiếp nối với hệ tọa độ Body được chọn bởi một Joint, Constraint hoặc Driver. + Lựa chọn các thông số trong mỗi bảng Position hoặc Orientation. Mỗi hệ tọa độ Body được gắn với một tên, ví dụ CG cho hệ tọa độ trọng tâm, CS1, CS2,… cho những hệ tọa độ được thêm vào. Định cấu hình trong thẻ Position: Thẻ Position cho phép xác định vị trí gốc của hệ tọa độ như một vector tịnh tiến.

+ Những thành phần bằng số của vector được kèm theo đơn vị + Gốc được dời đi từ gốc của một body khác. + Những thành phần của vector tịnh tiến được định hướng đối với bộ trục hệ tọa độ khác. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Các thông số vị trí của khối body - Vector vị trí của gốc tọa độ [x y z] (Origin position vector [x y z]) Nhập vào vector tịnh tiến để xác định vị trí gốc hệ tọa độ Body mà ta đang định nghĩa - Đơn vị (Unit) Lựa chọn đơn vị dài cho vector tịnh tiến.

Đơn vị này mặc định là m - Xác định gốc hệ tọa độ liên quan tới hệ tọa độ ta đang định nghĩa thông qua vector tịnh tiến ta đã nhập (Translated from the origin of) Trong danh mục thả xuống, có các lựa chọn khác nhau, đó là World, Adjoining, CG và CS1. - Xác định hướng các trục của hệ tọa độ ta đang định nghĩa thông qua vector tịnh tiến đã nhập (Components in the axes of) Trong danh mục thả xuống, chọn hệ tọa độ mà những trục của nó xác định những thành phần vector tịnh tiến, đó là World, Adjoining, và CG. Những thành phần vector tịnh tiến được chiếu lên các trục của tọa độ được chọn trong cột này. Định cấu hình trong thẻ Orientation: Thẻ Orientation cho phép xác định hướng của bộ ba trục hệ tọa độ đó như một vector quay: Vector hướng xác định vector quay có ba thành phần - Thành phần bằng số của vector kèm theo đơn vị - Sự quay được định hướng đối với bộ những trục tọa độ của hệ tọa độ tồn tại trước trong mô hình máy.

- Các thành phần vector hướng thể hiện qui ước của chuyển động quay. Các thông số hướng của khối body - Orientation vector (vector hướng) LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 6 Người sử dụng nhập vào những thành phần của vector quay để xác định hướng của hệ tọa độ Body. Ý nghĩa hình học của những thành phần đó được xác định bởi cột “Specified using convention”. Cùng với mục nhập Inertia tensor trong Mass properties, những trục hệ tọa độ trọng tâm định hướng toàn bộ Body về hệ tọa độ khác trong máy.

+ Units Người sử dụng có thể lựa chọn đơn vị góc cho sự quay là độ hoặc rad, trong đó đơn vị mặc định là độ. Relative to coordinate system Trong danh mục thả xuống, chọn một hệ tọa độ tồn tại trước trong mô hình máy định nghĩa hướng ban đầu cho chuyển động quay, bao gồm World, Adjoining, và những hệ tọa độ khác trên Body này. + Specified using convention Trong danh mục thả xuống, lựa chọn kiểu biểu diễn cho chuyển động quay. Rotation Convention (các quy ước quay): Có ba quy ước chung miêu tả chuyển động quay: + Euler Qui ước góc Euler ấn định chuyển động quay những trục hệ tọa độ Body bởi việc quay xung quanh ba trục theo thứ tự.

Những thành phần của vector cột 1x3 lần lượt là góc quay trục Y, kế tiếp là xung quanh trục Z. + 3-by-3 Transform (Biến đổi ma trận 3x3) Qui ước transform xác định sự quay như một ma trận quay trực giao không thứ nguyên. Nghịch đảo ma trận trực giao R là ma trận chuyển vị: R -1=RT. Cột của R là những vector đơn vị (x,y,z) theo những trục hệ tọa độ Body.

+ Quaternion Qui luật Quaternion xác định sự quay dưới góc trục như một vector cột không thứ nguyên 1x4 [nX*sin(θ/2)nY*sin(θ/2)nZ*sin(θ/2)cos(θ/2)] với 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.2 Khối Ground Mục đích Dùng để biểu diễn một điểm cố định trên nền/giá đỡ, nơi đặt gốc của hệ tọa độ World. Miêu tả LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 7 Một khối Ground biểu diễn một điểm cố định trong hệ tọa độ tuyệt đối World. Gắn khối này vào một mặt của khớp để ngăn chặn sự chuyển động mặt đó của khớp. Như vậy khối này tương ứng với một ngàm.