机电一体化产品虚拟样机协同建模与仿真技术研究

论文摘要

机械工程与电子计算机、自动控制的协同集成，组成了种类多样的机电一体化（Mechatronics）产品或系统。这类产品在开发过程中常常会涉及到多个学科领域专家的协作，虚拟样机技术正是解决多专家协同设计的有效途径，同时，基于虚拟样机的设计思路也是解决机电一体化产品前期概念设计需求的有效方法。 本文在分析机电一体化产品设计对虚拟样机技术需求的基础上，论述了虚拟样机设计原理、关键使能技术，进行了机电产品虚拟样机协同仿真支撑环境体系结构及其实施技术方法的探讨，着重研究了广义执行机构子系统动力学建模与仿真的原理及应用，机械-控制协同工作机制，仿真模型库组织结构及构建方法，以及机电一体化产品分布式协同仿真的基本原理和实现框架。论文的主要研究成果与特色如下： （1） 在分析机电一体化产品的组成与特点的基础上，阐述虚拟样机在机电一体化产品设计中的应用，包括设计方法、设计流程、机电虚拟样机的构成及特点等；并提出了一种基于虚拟样机技术的机电一体化产品设计闭环模型。 （2） 在分析机电一体化产品功能模型基础上，提出了一种将机电一体化产品按功能组成划分为广义执行机构与控制子系统的两子系统论，这样划分突出了机电一体化产品广义执行机构与控制的协同、集成特性；并对产品虚拟开发的过程模型进行描述，在此基础上，提出了一种面向机电一体化产品设计需要的虚拟样机支撑环境体系结构。 （3） 作为动力学特性建模与仿真分析的基础，分析了广义执行机构中驱

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 论文研究背景与课题来源
• 1.2 虚拟样机设计原理与关键技术分析
• 1.2.1 虚拟样机的设计原理概述
• 1.2.2 虚拟样机关键使能技术
• 1.3 基于虚拟样机技术的机电一体化产品设计方法综述
• 1.3.1 虚拟样机技术的需求分析
• 1.3.2 基于虚拟样机技术的设计流程
• 1.3.3 基于虚拟样机的机电产品设计闭环模型
• 1.3.4 机电一体化产品虚拟样机的构成及其特点
• 1.4 虚拟样机技术国内外研究进展综述
• 1.5 多领域协同仿真技术研究中存在的问题分析
• 1.6 论文研究工作的技术路线与主要内容
• 2 虚拟样机设计支撑环境的体系结构研究
• 2.1 机电一体化产品功能模型分析
• 2.2 机电一体化产品虚拟样机设计的过程模型
• 2.3 机电一体化产品虚拟样机支撑环境的总体设计
• 2.3.1 虚拟样机支撑环境的功能分析
• 2.3.2 虚拟样机支撑环境的体系结构
• 2.4 构建虚拟样机支撑环境的关键技术分析
• 2.4.1 协同建模与仿真平台构建技术
• 2.4.2 虚拟样机的高层建模技术
• 2.4.3 支持虚拟样机支撑环境的集成技术
• 2.4.4 仿真模型库构建与管理技术
• 2.4.5 分布式协同仿真技术
• 2.5 本章小结
• 3 广义执行机构动力学特性建模与仿真技术
• 3.1 广义执行机构的研究问题分析
• 3.1.1 广义执行机构研究的基本问题
• 3.1.2 广义执行机构的种类
• 3.1.3 驱动器与执行机构的集成匹配技术
• 3.2 广义执行机构的动力学研究概述
• 3.2.1 多体系统动力学简述
• 3.2.2 广义执行机构运动学/动力学分析
• 3.3 广义执行机构建模与仿真方法
• 3.3.1 基于ADAMS的运动学建模方法
• 3.3.2 基于ADAMS的动力学建模方法
• 3.3.3 仿真分析方法与流程
• 3.3.4 执行机构建模与仿真分析实例
• 3.4 基于MATLAB的广义执行机构仿真方法
• 3.4.1 SimMechanics的广义执行机构仿真模型组
• 3.4.2 基于SimMechanics的仿真实例
• 3.4.3 基于VRML的广义执行机构虚拟运行
• 3.5 本章小结
• 4 多学科协同建模与仿真机理与实施技术研究
• 4.1 机电一体化产品中机构与控制的协同融合特性
• 4.2 面向功能的层次化方框图仿真建模方法研究
• 4.2.1 仿真建模技术的比较
• 4.2.2 层次化方框图仿真建模方法与流程分析
• 4.3 基于仿真软件接口的多学科协同仿真建模技术
• 4.3.1 基于仿真软件接口的协同建模方法
• 4.3.2 基于仿真软件接口的多学科协同仿真运行流程
• 4.4 基于仿真软件接口的执行机构-控制协同仿真建模实例
• 4.4.1 工业机器人仿真模型分析
• 4.4.2 虚拟样机单学科建模
• 4.4.3 虚拟样机执行机构-控制协同建模与运行
• 4.5 基于HLA的多学科协同仿真建模技术
• 4.5.1 HLA概述
• 4.5.2 基于HLA的协同建模与仿真方法
• 4.6 本章小结
• 5 仿真模型库构建原理与方法研究
• 5.1 建立仿真模型库的意义
• 5.2 仿真模型库组成及其系统结构
• 5.2.1 模型库的层次结构
• 5.2.2 模型库系统的组成与功能
• 5.2.3 模型库管理技术
• 5.3 模型对象的重用技术
• 5.4 机电一体化产品模型对象接口的分类与设计
• 5.4.1 仿真模型对象的接口类型
• 5.4.2 系统仿真模型的接口配置
• 5.4.3 模型对象接口的设计实现
• 5.5 基于MATLAB构建仿真模型库的实施技术
• 5.5.1 MATLAB的接口技术
• 5.5.2 创建/封装Simulink模块
• 5.5.3 利用S-函数开发Simulink模块
• 5.5.4 模型库系统的图形用户界面开发
• 5.6 本章小结
• 6 基于Web Services的分布式交互仿真方法研究
• 6.1 分布式交互仿真概述
• 6.1.1 分布式交互仿真的基本任务
• 6.1.2 分布式交互仿真系统构建原则与关键技术
• 6.1.3 分布式仿真实现的主流模式
• 6.2 基于Web Services的分布式交互仿真系统研究
• 6.2.1 Web Services概念与特性
• 6.2.2 基于Web Services的DIS平台功能
• 6.2.3 基于Web Services的DIS平台框架
• 6.2.4 基于Web Services的DIS平台运行流程
• 6.3 基于Web Services的仿真应用实现与调用
• 6.4 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 主要研究结论
• 7.2 主要创新点
• 7.3 应用前景与展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的学术论文
• 攻读博士学位期间参与的科研项目
• 致谢