Simscape Multiby学习笔记6——Multibody仿真实例1——质量弹簧阻尼系统

一.建立模型

质量—弹簧—阻尼系统是最经典的机械系统了，在Multibody中建立质量—弹簧—阻尼系统其实只需要一个零件，通过一个移动关节与大地连接起来就行了，因为可以在关节里面设置弹性系数和阻尼。

能看到这篇文章的默认看完了我这一系列前面的文章，所以从这一篇开始会写的简略一些。

模型建立如下，包含一个Brick Solid和一个Prismatic Joint（移动关节）

双击打开Brick Solid，设置重物的属性。注意Inertia栏里面based on使用的基于Mass质量，指定质量为0.1kg。

然后双击打开Prismatic Joint，设置弹性系数和阻尼，以及弹簧原始长度、初始位置。如图所示，Equilibrium Position是平衡位置，Spring Stiffness是弹性系数，Damping Coefficient是阻尼系数。

最后双击Mechanism Configuration，把重力加速度改成-10，改它是为了方便我们计算。

这样连接之后实际上就是小重物块的初始位置为10cm，此时弹簧处于平衡位置，这样在重力的作用下重物会往下运动，然后就发生简谐振动，逐渐静止在新的平衡位置。新的平衡位置计算：重物0.1kg=1牛顿，1/20=0.05m=5cm，平衡时弹簧压缩量为5cm，所以弹簧长度为5cm，也就是重物的位置为5cm。

点击运行，看看示波器的数据。可以看到趋势和数据是对的。

虚拟样机的运动

二. 增加控制器

然后我们增加驱动力和控制器，实现对重物的位置控制。

首先修改Prismatic Joint，增加驱动力。

然后加入PID Controller，Simulink-PS converter，Sum模块，连线。期望输入设为一个常量和一个正弦信号，幅值都是0.2m，也就是弹簧被拉长10cm。我们首先把开关打到上面的常量输入，模拟阶跃响应。

运行一下，看看输出曲线，很明显不行，因为PID参数我们还没有改。

双击打开PID控制器，点击Turn，打开PID Turner。

调整参数并更新到PID控制器

看看曲线，可以到达位置了，速度飞起。

看看实际系统的运动（减慢了32倍，速度太快了。。。）

接下来看看把开关打到下面的正弦输入，看看输出曲线，也是完美跟踪的。