О расчетном коде библиотеки

Базовый принцип моделирования динамики движения тел

Модели механических систем состоят из блоков, соединенных механическими линиями связи. Блоки данной библиотеки являются субмоделями, внутри которых из элементарных математических блоков и передаточных функций реализованы уравнения, описывающие функционирование тех или иных элементов механических систем.

Механические линии связи соединяют выходные порты одних блоков с входными портами других блоков и являются направленными шинами данных, по которым между блоками осуществляется обмен значениями описанных выше величин. От выходного порта к входному (в направлении линии связи) передаются значения координаты, скорости и ускорения движения тела (профиль движения тела), а в обратную сторону – значение силового воздействия, действующего на это тело.

На рисунке (Рисунок 1) изображена модель, в которой блок Масса моделирует движение тела под действием силы, моделируемой блоком Источник силы.

Линия связи направлена от блока Масса к блоку Источник силы, у которого для наглядности включен режим показа стрелок входных портов. Блок Масса, имеющий выходной механический порт, передает на линию связи значения координаты, скорости и ускорения тела, а блок Источник силы, имеющий входной механический порт, передает на линию связи значение силы. В общем случае блоки с выходными механическими портами рассчитывают профиль движения тела, а блоки с входными механическими портами рассчитывают силы и крутящие моменты, действующие на подключенные к ним тела.

Движение тела под действием нескольких сил

Механические линии связи допускают ветвление, позволяя соединять один выходной порт с множеством входных портов. Блок с выходным механическим портом, моделирующий движение тела, передает на линию связи профиль движения тела. Блоки с входными механическими портами рассчитывают значения силовых воздействий в зависимости от параметров профиля движения: сила упругости пружины зависит от координаты тела, сила вязкого трения – от его скорости и так далее. Блок, моделирующий движение тела, принимает значения силовых воздействий со всех подключенных к нему блоков и моделирует движение тела под действием суммарной силы или крутящего момента. Таким образом с помощью ветвления механической линии связи осуществляется моделирование действия нескольких сил или крутящих моментов на одно тело.

На рисунке (Рисунок 2) изображена модель движения двух тел, соединенных пружиной и демпфером.

Линии связи направлены от блоков Масса к блокам Поступательная пружина и Поступательный демпфер, у которых для наглядности включен режим показа стрелок входных портов. Блоки Масса передают на линии связи значения линейных положений, скоростей и ускорений тел. Блоки Поступательная пружина и Поступательный демпфер считывают эти значения, передают на линии связи значения сил упругости и демпфирования. На рисунке (Рисунок 3) приведено внутренняя структура блока Поступательный демпфер.

Блок считывает значения линейных скоростей с каждого из своих входных механических портов "C" и "R", определяет значение силы демпфирования и передает его обратно на порты "C" и "R". При этом значения сил на разных портах этих блоков имеют противоположные знаки в соответствии с 3-м законом Ньютона. Аналогичным образом реализована модель пружины.

Блоки Масса через выходной механический порт принимают значения сил на всех ветвях механической линии связи и моделируют движение тел под действием суммарной силы. На рисунке (Рисунок 4) приведено внутренняя структура блока Масса.

Блок считывает значения сил с выходного механического порта "R", суммирует их и определяет ускорение, скорость и координату тела, движущегося под действием суммарной силы. Рассчитанные значения передаются на механическую линию связи.

Преобразование движения

Ряд блоков библиотеки моделируют различного рода редукторы и механические передачи. Блоки, имеющие один входной механический порт и произвольное количество выходных механических портов (зачастую всего один), осуществляют преобразование профиля движения и действия внешних сил. Например, на выходной порт (ведомый вал) понижающего редуктора будет подаваться профиль движения с пропорционально меньшей скоростью, чем на входном порте (ведущий вал). А на входной порт (ведущий вал) будет подаваться значение крутящего момента пропорционально меньшее, чем значение крутящего момента на выходном порте (ведомый вал). Подробное описание подхода к моделированию редукторов и других элементов преобразования движения приведено на странице Моделирование передаточных отношений.

Интерфейс механических линий связи

Допускается формирование пользовательских блоков, имеющих механические порты и используемых в качестве элементов модели механической системы. Для совместной работы библиотечных и пользовательских блоков пользовательские блоки должны иметь двунаправленную шину данных с идентичными правилами формирования и именами передаваемых величин.

Для формирования двунаправленной шины данных в механической линии связи используются блоки Двунаправленная шина (Вход) и Двунаправленная шина (Выход). Оба данных блока допускается использовать для реализации как входных, так и выходных механических портов.

Блоки Двунаправленная шина (Вход) и Двунаправленная шина (Выход) на выходных вращательных портах должны иметь выходной порт "T" и входные порты "fi", "w", и "eps". Блоки Двунаправленная шина (Вход) и Двунаправленная шина (Выход) на выходных поступательных портах должны иметь выходной порт "F" и входные порты "s", "v", и "a". На входных портах направление портов блоков Двунаправленная шина (Вход) и Двунаправленная шина (Выход) должны быть изменены на противоположные.

Подробное описание процесса разработки пользовательского блока приведено на странице Создание блоков с помощью блока "Субмодель".