基于Simscape的曲柄連桿機構運動軌跡仿真研究

殷煒棋，楊魯義，朱國仁

(吉林大學 機械與航空航天工程學院，吉林 長春 130022)

1 引 言

曲柄連桿機構能可靠地保證機構的傳動效率，廣泛應用于汽車發動機、壓裝機及機械手等各類設備中，是工業中應用相當廣泛的一類傳動機構。作為汽車發動機中的關鍵傳動部分，曲柄連桿機構可以起到傳遞動力的作用。圖1所示為汽車發動機的傳動機構示意圖，其工作過程為：燃料燃燒后將產生的高壓氣體作用于活塞上，形成的膨脹壓力轉換為曲軸向外輸出的轉矩，進而輸出動力，最終帶動車輪轉動。

圖1 汽車發動機傳動機構示意圖

Simscape作為Matlab/Simulink軟件平臺的重要組成部分，能夠快速完成涉及物理、機械工程等領域的仿真工作，簡化建模過程，提高仿真效率。通過可視化的模型構建，自動構造微分代數方程，描述系統的動態性能。Simscape包含Fluids、Electrical及Multibody等工具箱，可應對復雜的多學科混合建模和仿真，進而實現聯合仿真。通過轉換模塊，Simscape模型可與Simulink模型進行集成，完成物理系統協同控制器的建模仿真工作。李珊珊等[1]基于Simscape對汽車制冷系統進行了仿真；楚娜娜等[2]基于Simscape對航空發動機系統進行了物理建模，并對其安全性進行了分析；黃宏俊等[3]利用Simscape Multibody對六自由度機器人的運動軌跡規劃進行了誤差分析；唐之堯等[4]基于Simscape對AMT車輛傳動系統進行仿真，提高了控制系統的開發效率。

工業領域中所應用的控制器種類繁多，PID控制器是應用最為廣泛的自動控制器之一，其實質就是根據輸入的偏差值，按照比例、積分、微分的函數關系進行運算，運算結果用以控制輸出，最終達到理想的目標值。……