文獻標識碼： A
文章編號： 0258-7998(2012)12-0117-03
復雜產品的開發設計過程通常分為液壓、機械、電子、控制等不同子系統，各子系統采用各自領域內的商用仿真軟件進行單點仿真[1]。但單點仿真并不能真實地反映整個系統之間的相互影響，而且當某個系統的參數有變動時，各子系統都要重新設計。而虛擬樣機技術的發展為復雜產品進行精確仿真提供了有效的支持。
虛擬樣機技術是一種基于計算機仿真的產品數字化設計方法，涉及到多體運動學與動力學等技術，是在CAX(如CAD、CAE、CAM等)/DFX(如DFA、DFM等)技術基礎上的發展，進一步融合了信息技術、先進制造技術和先進仿真技術，并將這些技術應用于復雜產品的全生命周期[2]。利用虛擬樣機代替物理樣機對產品進行創新設計、測試和評估，可縮短開發周期，降低成本。
雷達天線是一種典型的機電一體化產品，利用虛擬樣機技術對機械系統和控制系統協同仿真，在可視化的環境下觀察控制系統和機械系統的相互影響，輸出多種仿真結果。
本文基于ADAMS的強大的動力學仿真建模功能和Matlab/Simulink強大的控制仿真功能，利用ADAMS建立了雷達天線機械模型，并在Matlab/Simulink中設計了控制器，結合在ADAMS中建立雷達天線機械模型，最終建立了基于ADAMS和Matlab的協同仿真模型，通過協同仿真可保證雷達天線達到預定仰角位置，穩定系統。
1 機械系統的虛擬建模
本文利用ADAMS/View對雷達天線進行建模。模型主要由天線、支架、軸承、電機、減速齒輪及機架等組成，各零件之間添加各種運動副，包含若干轉動副和一個齒輪副，雷達天線可以旋轉、搖擺[3]。虛擬樣機模型如圖1所示。
2 控制系統建立
本文通過ADAMS中的Control模塊與Matlab的接口,實現了基于虛擬樣機模型的雷達天線控制的研究。對雷達天線虛擬樣機模型定義了兩個輸出變量：天線仰角的方位角和電機的轉速；一個輸入變量：控制力矩。
通過ADAMS的Control模塊，將雷達天線虛擬模型輸入到Matlab進行仿真，并基于此模型設計控制系統設計。控制框圖如圖2所示。
利用ADAMS和Matlab建立的雷達天線協同仿真模型[4]如圖3所示。
雷達天線ADAMS子模型如圖4所示。
3 協同仿真
首先在ADAMS中建立虛擬樣機模型，然后通過Control模塊建立了狀態變量,之后即可在Matlab的Simulink中建立控制框圖。通過Control模塊與Matlab的接口進行ADAMS-Matlab協同仿真，設置仿真時間為0.25 s，采用Matlab自帶的變步長龍格-庫塔法數值積分函數ode15（stiff/NDF）進行數值積分、仿真運行[5]。
3.1 Simulink仿真結果分析
關閉ADAMS軟件，在Matlab中點擊仿真，此時調出一個ADAMS窗口。此窗口里的雷達天線會隨著控制力矩的變化而不斷擺動，同時在Simulink中仰角方位角以及電機的曲線、控制力矩曲線也隨著不斷變化，直到最終穩定,并達到設定值,從而實現了控制的目的。Simulink中天線仰角方位角仿真結果如圖5所示，電機轉速仿真結果如圖6所示。
雙擊圖3中的“電機速度”等Scope控件，可以直觀地觀察到仰角位置和電機速度等曲線。將仿真結果保存為*.res、*.req及*.gra三種類型的文件。
3.2 ADAMS中仿真結果分析
將上述仿真分析的結果文件*.gra導入ADAMS中的Posprocessor處理模塊中，即可在ADAMS中對仿真結果進行分析。圖7為ADAMS中雷達天線模型控制力矩仿真結果。
由圖7可以看出，開始加速時，控制力矩迅速達到最大峰值，然后迅速下降，當天線接近預先設置的位置時,控制力矩此時變為負值,從而使天線速度降低。隨后，當天線到達設定位置時,控制力矩逐漸接近為零[3]。
本文建立了雷達天線的虛擬樣機模型,利用ADAMS/Control與Matlab/Simulink進行了機械系統和控制系統的協同仿真，直觀地顯示了控制系統對機械系統動作的影響，獲得了各種動態性能曲線。由此可見，利用虛擬樣機技術進行協同仿真，能使各自獨立的子系統發生關聯，可有效地觀察復雜產品內各子系統之間的相互影響，使仿真更逼真，從而可以縮短產品開發周期，降低成本。
參考文獻
[1] 黃海濤，彭國朋.基于虛擬樣機技術的雷達天線車機液耦合仿真及其優化分析[J].電子機械工程，2009，25(5)，56-58.
[2] 黎育紅，聶凌霄.基于ADAMS虛擬樣機的多體系統動力學仿真[J]. 武漢大學學報，2010：43（6）,757－761.
[3] 郭衛東. 虛擬樣機技術與ADAMS應用實例教程[M].北京：北京航空航天大學出版社，2008.
[4] 張化光，劉鑫惢，孫秋野. Matlab/Simulink實用教程[M].北京：人民郵電出版社，2009:57-80.
[5] 李韶華，楊紹普，李浩玉. 基于ADAMS_Matlab聯合仿真的汽車懸架半主動控制[J]. 系統仿真學報，2007,19(10)：2304-2307.