第一章概述供了依据。,,论文主要安排文结合捻绳机的设计介绍虚拟机的建模与仿真。二章介绍目前的虚拟样机技术及改进,并在虚拟样机的基础上,增加硬件真环节,提出了虚拟机的设计方法和设计流程。三章以捻绳机系统为例,对系统来进行建模,使用虚拟机的办法来进行软件仿,对仿真数据来进行分析。四章在软件仿真的基础上,对捻绳机系统在,,,,平台上进行硬件仿真,系统进行验证。五章对本文的工作进行总结,对未来的工作进行展望。第二章基于,,,,的虚拟机技术二章基于,,,,的虚拟机技术,,虚拟样机技术拟样机技术,,,,,,,,,,,,,,,,,,,简称,,,是一种新型的、基于集成产品和过程开发策略的产品设计、开发和评估技术。它将计算机仿真方法论、代管理理论、系统工程方法、模型技术和计算机支持工具有机地结合起来,为品的整个周期设计和评估提供了分布式的集成化环境,从而达到缩短研发周、降低成本、提高效率的目的。特别是近年来,随着仿真技术和计算机技术的猛发展和相互渗透,这些领域涌现出来的新概念、新方法、新技术不断推动着拟样机技术的进步和发展,如分布交互仿真技术、计算机可视化技术、多媒体真技术以及计算机支持的协同工作技术等。助这项技术,工程师们可以在计算机上建立机械系统的模型,同时伴之以维可视化处理,从而模拟在现实环境下系统的运动和动力特性,并根据仿真结细化和优化系统设计。任何一项技术的产生及广泛应用都有其原因,其中最重的是市场的需求和技术本身的成熟程度。,,,年,月,日,美国航空航天局,,,,,,的喷气推进实验室,,,,,成功地实了火星探测器“探路者,在火星上的软着陆,成为轰动一时的新闻。这个计划成功得益于虚拟样机技术,在探测器发射以前,,,,的工程师们运用这项技术可能遇到的情况做多元化的分析,发现由于制动火箭与火星风的相互作用,探测器很能在着陆的过程中产生翻滚并导致六轮朝上。针对这个问题,工程师们修改了术方案,保证了火星登陆计划的成功。界上最大的工程机械制造商卡特皮勒公司的工程师们,采用虚拟样机技术行装载机和挖掘机的工作装置优化设计及分析,在一天时间内,他们对工作装进行了上万个工位的运动及受力分析,实现了理想的设计。特汽车公司在一个新车型的开发中也采用了虚拟样机技术,其设计周期缩了,,天。全公司范围内,由于采用了这项技术,设计费用减少了,千万美元,造费用节省了,,亿美元。由于设计制造周期的缩短,新车上市早,额外赢利到其成本的数倍。拟样机技术的起源有其经济背景。随着经济贸易的全球化,要想在竞争日激烈的市场上取胜,竞争者们必须想尽一切办法来缩短开发周期、降低成本、高产品质量。谁早推出产品,谁就更容易占有市场。然而,传统的设计与制造式很难满足这些要求。图,,,所示,在传统的设计与制造过程中,首先是概念设计和方案论证,后进行产品设计。在设计完成后,为了验证设计,通常要制造样机进行实验,第二章基于,,,,的虚拟机技术时这些实验甚至是破坏性的。当通过实验发现缺陷时,又要回头修改设计并再样机验证。只有通过周而复始的设计一实验一修改设计过程,产品才能达到要的性能。这一过程十分冗长,尤其对于结构复杂的系统,设计周期无法缩短,不用谈对市场的灵活反应了。,,,传统设计方法很多情况下,工程师们为了保证产品按时投放市场而中断这一过程,使产在上市时便有先天不足的毛病。基于实际样机上的设计验证过程严重地制约了品质量的提高、成本的降低和对市场的占有率。果基于实际样机上的设计验证能像搭积木一样简单,这个问题便迎刃而。但复杂的机械系统不可能用积木搭出来。因此,人们尝试使用计算机来完成项工作。机械系统的运动受制于物理规律,只要掌握了这些规律并定义了描述械系统的方法,计算机不仅会像搭积木一样把机械系统组装起来,形成虚拟样,而且会告诉我们它是怎样运动的。通过计算机的仿真结果,工程师和设计师便可以评价机械系统的设计质量。拟样机的设计流程如图,,,所示,首先根据系统所要实现的功能,建立概样机,然后从概念样机出发,建立系统模型,这个系统模型包含了控制系统和械系统模型。以共享的系统模型为基础,电子工程师和机械工程师分别对控制统和机械系统来进行设计,建立虚拟样机。接下来使用仿真软件,对虚拟样机进分析、修改,使其参数符合概念样机的设计标准,最终以虚拟样机的参数为标,制造物理样机,真正实现整个系统。,虚拟样机技术的应用贯串在整个设计过程当中。它可以用在概念设计和方案证中,设计师可以把自己的经验与想象结合在计算机里的虚拟样机里,让想象和创造力充分发挥。当虚拟样机用来代替实际模型验证设计时,开发周期缩短,计质量和效率得到了提高。传统的基于物理样机的设计研发方法相比,虚拟样机设计方法具有以下特,一是全新的研发模式。传统的研发方法从设计到生产是一个串行过程,这方法存在很多的弊端。而虚拟样机技术真正地实现了系统角度的产品优化,它于并行工程,使产品的概念设计阶段就可以迅速地分析、比较多种设计方案,定影响性能的敏感参数,并通过可视化技术设计产品、预测产品在真实工作情下的特征以及所具有的响应,直至获得最好的工作性能。二是更低的研发成本、更短的研发周期、更高的产品质量。采用虚拟样机计方法有助于摆脱对物理样机的依赖。通过计算机技术建立产品的数字化模型虚拟样机,,可以完成无数次物理样机无法进行的虚拟试验,成本和时间条件允许,,从而无需制造及试验物理样机就可获得较好的设计方案,因此不但减了物理样机的制造次数,而且缩短了研发周期、提高了产品质量。很大程度上服了传统机械设计中物理样机重复建造所造成的耗时长、耗资大的问题。同时可以明显提高产品的性能和用户对产品的认同感,从而获得最优化和全新的机设计产品。三是实现动态联盟的重要手段。目前世界范围内广泛地接受了动态联盟的念,即为了适应快速变化的全球市场,克服单个企业资源的局限性,出现了在定时间内,临时缔结成的一种虚拟企业。为实现并行设计和制造,参盟企业之第二章基于,,,,的虚拟机技术产品信息的便捷交流尤为重要,而虚拟样机是一种数字化模型,通过网络输送品信息,具有传递快速、反馈及时的特点,进而使动态联盟的活动具有高度的行性。拟样机技术的种种特点决定了该项技术在机械设计领域的作用越来越显,越来越被业界所接受,并且正在逐步取代传统的机械设计模式,在机械设计域具有越来越重要的地位。拟样机技术在一些较发达国家,如美国、德国、日本等已得到广泛的应用,用领域从汽车制造业、工程机械、航空航天业、造船业、机械电子工业、国防业、通用机械到人机工程学、生物力学、医学以及工程咨询等很多方面,,,【,】,,,,,,,,,。,,虚拟机设计方法对虚拟样机设计方法的介绍可以看出,虚拟样机技术在仿真的过程中,主是在软件中进行仿真,没有进行硬件仿真。我们无法实际检测到其中的信号,如在工业控制系统中,如果想对通讯过程进行监控,对信号的电平、协议进行析,就需要能够对信号进行实际检测。此,在虚拟样机设计方法的基础上,增加一个硬件虚拟机的环节,在软件真分析完成后,对系统进行硬件仿真。拟机设计流程如图,,,所示,首先确定设计目标并根据需求建立概念样机。后对目标系统的机械部件和电子电路进行建模,使用软件仿真平台对系统模型行仿真,并对模型进行修改,完善系统建模。最后将系统模型转换为,,,,语言述的硬件系统,并下载到硬件验证平台上,建立虚拟机,对其进行评测,对照计目标完善系统模型,硬件验证结果达到设计要求后,就可以将最终结果转化物理样机。,, ,虚拟机设计流程,第二章基于,,,,的虚拟机技术工业控制系统中, 电子电路包括,,,、 ,,,、伺服控制器等控制元件,机械件主要包括机械本体、执行机构、动力驱动单元、传感测试元件。本文着重于械部件的建模,建立机械部件输入物理量与输出物理量的关系,并将机械误差为参数输入到模型, 以改变其输出物理量。如变频电机控制系统包括了变频器、机、编码器、传动装置等多个组成部分。对这样一个机械部件进行建模,可以所要求的转速定义为变频器的输入参数, 电机转速通过编码器产生的不同频率冲表示。考虑到机械系统存在的误差,可将误差作为这个系统的输入量,误差以是随机数,也可以是一个固定值。于是, 以数字量作为输入, 以相应频率的冲作为输出,就可以对电机系统进行建模。, , ,,,,,,, ,,,,,,,仿真工具介绍对虚拟机系统进行软件分析时,选用,,,,,,作为仿真平台。,,,,,产品家族是美国,,,,,,,,,公司开发的用于概念设计,算法开发,建仿真,实时实现的理想的集成环境。 由于其完整的专业体系和先进的设计开发路,使得,,,,,,在多种领域都有广阔的应用空间,特别是在,,,,,,的主要用方向,科学计算、建模仿真以及信息工程系统的设计开发上已经成为行业内首选设计工具。,,,,,,产品体系的演化历程中,最重要的一个体系变更是引入了,,,, ,,,。 ,,,,, ,,,是在,,,,,,仿真平台下的一个图形仿真工具,它可以和,,,,,通过求解器进行无缝连接。 ,,,,, ,,,是一个进行动态系统建模、仿真和综分析的集成软件包。具有框图化的设计方式和良好的交互性。对虚拟机系统进行软件仿真时,使用,,,,,,,,具建立程序流程,通过改系统的参数,得到不同的仿真结果。将仿真数据在,,,,,,中进行分析,对系统数进行优化选取,,,。, ,,,,技术软件仿真完成后,对虚拟机系统进行硬件仿真。为了能够方便的对系统进,,,定制、建立硬件模块,实现系统的硬件建模,并能根据需要编写系统程序,硬件系统进行仿真,选用,,,,设计平台作为实验平台。几年来,随着嵌入式系统技术的飞速发展,无论是消费类产品如电视、 ,,,,是通信类产品如电话、 网络设备,它们的核心部分都开始采用芯片作为它们的功能中枢,。 自,,世纪下半叶以来,微电子技术得到了迅速发展,集成电路设计和工艺技术水平有了很大的提高,从而使得将原先由许多,,组成的电子系统集在一个单片硅片上成为可能,构成所谓的片上系统,,,,,,,,,,,, ,,,,。,,是指以嵌入式系统为核心, 以,,复用技术为基础,集软、硬件于一体,并追产品系统最大包容的集成芯片。狭义的理解,可以将它理解为“系统集成芯片,,在一个芯片上实现信号采集、转换、存储、处理和,,等功能,包含嵌入软件及个系统的全部内容,广义的理解,可以将它理解为“系统芯片集成” ,指一种片设计技术,可以实现从确定系统功能开始,到软硬件划分,并完成设计的整过程【 ,,】 。,,,技术是美国,,,,,,公司于,,,,年最早提出的,并同时推出了相应的开发件,,,,,,,,,。可编程逻辑器件产生于,,世纪,,年代,在,,世纪,,年代, 出现大规模集成度的,,,,,单片的集成度由原来的数千门,发展到数十万甚至数百门,芯片的,,口也由数十个发展至上千个。因此,完全可能将一个电子系统集到一片,,,,中,且,,,,,。 ,,,,是基于,,,,解决方案的,,,,与,,,,的,,,解决方相比, ,,,,系统及其开发技术具有更多的特色。构成,,,,的方案一般有这么两,一是基于,,,,嵌入,,硬核的,,,,系统, 即在,,,,中预先植入嵌入式系统处理。 目前最为常用的嵌入式系统大多采用了含有,,,的,,位知识产权处理器核的件。二是基于,,,,嵌入,,软核的,,,,系统, 即根据系统模块设计需要,通过开发工在,,,,中加载不同的,,软核, 以实现不同的功能。, ,,,,开发工具,,,设计离不开,,,系统。全球,,,厂商有近百家,主要分两大类。一类是专软件公司,如,,,,,,,,,,,,,等,另一类是为了销售产品而开发,,,工具的半体器件厂商,如,,,,,,、 ,,,和,, , ,,,等,他们开发的工具能针对自己的器件出优化,可以充分提高资源利用率,降低功耗,改善性能。因为本设计选用的,,,,,,公司的产品,所以实验系统的设计使用了该公司的,,,系统及其他专业司专门为,,,,,,开发的工具…】 , 【 ,,,。, ,, ,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,是近年来由,,,,,,公司的推出的一套用于,,,,的集成开发环境。,,,,,,,,属于第四代,,,开发平台,该平台支持一个工作组环境下的设计要求,中包括支持基于,,,,,,,,的协作设计。 ,,,,,,,,,的主要功能是在,,,,,勾对系进行硬件设计,完成顶层原理图设计和自定义功能模块设计,将,,,,核与顶层他模块进行信号连接,对,,,,的输入输出管脚进行分配。,第二章基于,,,,的虚拟机技术, ,, ,,,,,, ,,,,,,,,,公司的,,,,,,,,,,,作在,,,,,,,,,设计平台上,是一个自动化的统开发工具,可以进行开发中的系统定义和集成过程,能够极大地简化高性能,,,的设计工作。 ,,,,,, ,,,,为设计者提供了一个强大的可以快速设计及验证平台,用以搭建基于总线的系统。它包含了一系列的模块,例如,,,,处理器、储器、总线、 ,,,等,,核,还有包含操作系统内核的嵌入式软件开发工具。设者使用,,,,,,,,,以及其他开发工具和软件,可以按照自己的特殊需要嵌入,,,处理器及组成部分。在,,,,,,,,,下,软件也认为是一个部件,支持便捷添,,,,。 目前,,,,,,公司可以提供自己或第三方开发的五十多个,,核, 内容包,,,接口、 网卡控制器、存储器接口等各种常用组件。,,,,,,,,的主要功能是根据系统需要,选择适当的,,核,并将,,核集成系统,,,,,,,,核,中,通过编译最终实现,,,的定制。, ,, ,,,,,,,,,,,,,集成开发环境,,,,,是,,,,,,系列嵌入式处理器的基本软件开发工。所有软件开发任务都可以在,,,,,,,,下完成,包括编辑、编译和调试程序。,,,,,,,提供了一个统一的开发平台,用于所有,,,,,,处理器系统。仅仅通过台,,机、一片,,,,,,的,,,,以及一根下载线,软件开发人员就能够往,,,,,,理器系统写入程序并与,,,,,,处理器系统进行通讯。,,,,,,,调试器通过,,,,调试模块与目标硬件相连,可以通过硬件断点调,,,或闪存中的代码,支持数据触发和指令跟踪。多使用,,,,,,处理器的设计都在单板上采用了闪存,,,,,,可以用来存储,,,配置数据及,,,,,,编程数据。 ,,,,,,,,提供了一个方便的,,,,,编程方法。何连接至,,,,,的兼容通用闪存接口 ,,,,,的闪存器件都可以通过,,,,, ,,,闪编程器来直接进行烧写。, ,本章小结章首先介绍了目前虚拟样机的设计流程,为了能够更直观的观察整个系,实现系统功能,本文提出了虚拟机的设计方法, 即在虚拟样机设计方法的基上,增加一个硬件虚拟机的环节,在软件仿真分析完成后,对系统进行硬件仿。接下来介绍了虚拟机设计中需要用到的仿真软件、 ,,,,技术及其开发环境。第三章捻绳机系统的建模与软件仿真三章捻绳机系统的建模与软件仿真, ,捻绳机的概念样机, ,, ,捻绳机介绍绳机是用于对棉、毛、化纤等纤维纱线进行捻线加工的设备。纱线经过加后,纱线的强力、光泽等得到改善, 同时使得面料的手感光滑,档次得到提高。绳机主要通过两个运动轴的协调动作完成捻绳。图,, ,所示, ,点起到固定作用,其上方的转轴使纱线垂直向上运动,将线卷绕到纱锭上, ,处的转轴沿水平方向旋转,将两股绳线合成一股。可以看,两个转轴的旋转速度共同决定了绳线的捻度【 ,,。图,, ,捻绳机工作原理据捻度的含义,捻度是丝线,米内捻回数, 因此可以得到捻度的计算公式,式中,为丝线捻度, ,为锭子转速, ,,直接决定了产品的质量,丝织厂常将捻度的允许误差控制在,,范围内。传统的纺织机械中,采用一个电机通过复杂的机械传动系统来驱动多个运单元,但这种做法效率比较低。随着近年来工业生产的发展和人们生活水平的高,这种方式已不能满足生产高度自动化和人们对纱线生产的需求。 同时,随微机应用的迅速发展,微处理器的性能越来越高,价格越来越便宜。此外, 电电子技术的发展,使得大功率电子器件的性能迅速提高, 因此就有可能比较普地应用微机来控制各类电机。为了提高生产效率,现在倾向于采用机电一体化方法来进行协调控制。, ,, ,捻绳机的概念样机图,, ,所示, ,点起到固定作用,其上方的转轴,由卷绕电机马达控制,,第三章捻绳机系统的建模与软件仿真绳线垂直向上运动, ,处的转轴由打捻电机马达控制沿水平方向旋转,将两股线合成一股。可以看出,两个转轴的旋转速度共同决定了绳线的捻度。,, ,捻绳机概念样机框图用电子设备,,,作为主控机, 以,,,,,总线通过变频器控制两个电机的作。绳线的卷绕速度由卷绕电机决定, ,,,通过卷绕编码器产生的不同频率脉的信号以获得卷绕速度,再根据系统所需的捻度,决定打捻电机的转速。 由于械系统存在一定的误差,卷绕电机的实际运转速度会在一定范围内改变。因此,要,,,对打捻速度进行实时控制, 以获得稳定的捻度。据上述的工作原理可获得图,, ,所示的概念样机框图。, ,捻绳机的系统建模, ,, ,概念样机系统建模念样机建立完成之后,对系统进行建模。捻绳机系统建模图如图,, ,所示,,第三章捻绳机系统的建模与软件仿真习度设定,捻度,设定,。 。 , , , , , ,一——,机械,误差,, , ,——,机械,误差,图,, ,捻绳机系统建模图——,捻度,显示,, , , , , ,一度显示, ,, ,概念样机各个子系统模型绳机系统中包含了电子模型和机械模型,它的电子模型主要包括,,,模和通信模型。,,模型如图,, ,所示, ,,,的主要工作是接受捻度设定,计算卷绕电机的速,并通过通信模块对卷绕电机进行控制,根据卷绕电机返回的脉冲计算出打电机的转速,通过通信模块控制打捻电机。第三章捻绳机系统的建模与软件仿真,,通信到绕电机,,通信到捻电机,, ,,,模型建模信模型主要包括信号在通信编码、传输、解码的过程中消耗的时间和变频执行命令使用的时间,可以统一表示为时间延迟。械模型主要包括电机系统。 电机系统包括卷绕机和打捻机,它们都是以数量作为输入, 以相应频率的脉冲作为输出,可以采用相同的模型。 电机建模如,, ,所示。,, ,电机系统模型了检验实验效果,还需要增添加工件效果模型。对于捻绳系统来说,加工效果主要为绳的捻度。绳的捻度可以根据卷绕机和打捻机的转速计算出来, 由可以对加工件效果模型进行建模,输入为两个电机编码器的脉冲,输出为根据前电机运转速度合成的捻度。加工件效果模型如图,, ,所示。第三章捻绳机系统的建模与软件仿真一一一一一一一一一一一一一一一一一卷绕电机脉冲,”——…—,————……,,,,一,,捻电机脉冲,捻度显示,。 ,,,丑匕,,’,, ,加工件效果模型, ,捻绳机仿真分析, ,, ,捻绳机系统软件建模统建模完成后,使用计算机软件,,,,,,中的,,,,, ,,,工具实现系统的真分析。据系统各个部件建模,系统主要分为五个模块, ,,,控制、通讯延时、卷电机、打捻电机及捻度显示,卷绕和打捻模块都包括了自身的伺服控制和编码,通信模型由通讯延时表示。整个系统的设定输入有卷绕速度设定、捻度设定、讯延时、 电机的机械误差设定,系统的总输出为捻度显示。得到如图,, ,所示,,,,, ,,,模型图。,设定, , ,,,, ,,,,, ,,,模型图实际系统中,卷绕机一般工作在固定速度,例如每分钟,,,米。因此可以

　　第三章捻绳机系统的建模与软件仿真一个固定速度附加随机数的方式来表示当前的卷绕速度,随机数的变化范围由际电机的精度决定。 ,,,从编码器获得当前的卷绕速度后,根据捻度计算出打机需要的工作频率并发送给打捻模块。打捻模块同样通过附加随机数的方式,拟实际的电机速度。通讯延时模块根据实际系统中,,,读取编码器的时间和,,通过,,,总线控制打捻模块的时间设定延迟时间。为了检验系统工作情况,卷绕模块和打捻模块的当前速度进行计算处理,实时显示出当前捻度。据,,,,, ,,,模型图,在软件中建立相应的模型。个模块所要完成的工作在建模的过程中已经确定,下面主要具体介绍这些能如何在,,,,, ,,,中进行仿真,,,】 【 ,,,,,软件建模,图,, ,所示, ,,,模块要接受捻度设定和卷绕设定,对于这两个值的设定,以用常量输入的方法实现。 ,,,,,,,,,作为卷绕设定, ,,,,,,,,,作为捻度设定,改变设定值时,只需要改变对应的输入值。,一淼回卷绕电机,, ,,,模块在,,,,, ,,,中的建模,,模块还要根据实际的卷绕速度和捻度设定计算出打捻电机的转速。根据度计算公式,这项工作可以用一个除法器实现,将卷绕电机反馈回来的转速作被除数,捻度设定作为除数,计算得到的商即为打捻电机需要的转速。绕电机软件建模,图,, ,所示,卷绕电机需要接收,,,模块发送过来的转速,其中通讯延迟以用传输延迟模块实现,通过设定模块参数来设定延迟时间。为了模拟电机转的误差,在转速上添加一个随机数,这可以使用随机数发生模块实现。通过设模块参数,可以控制生成随机数的平均值和范围。 由于卷绕电机的转速较大,用增益模块将产生的随机数放大,方便进行处理。最后将产生的随机数和经过,第三章捻绳机系统的建模与软件仿真迟处理的目标转速通过加法器合成,就得到了卷绕电机模块的转速输出。,,,模块收转速差设讯延时设定,, ,卷绕电机模块在,,,,, ,,,中的建模输出捻电机软件建模,图,, ,,所示,打捻电机的工作与卷绕电机类似, 同样是接收,,,模块发过来的目标转速,输出带有误差的转速。因此打捻电机的模块设计也与卷绕电类似,这里就不再赘述了。差设定,,,模块接转速讯延时设定,, ,,打捻电机模块在,,,,, ,,,中的建模速输出度显示软件建模,图,, ,,所示,捻度显示模块在接受到卷绕模块和打捻模块产生的转速后,算出当前捻度,并在模拟示波器窗口进行显示。根据捻度计算公式,计算可以用除法器完成。捻度的显示可以直接调用模拟示波器模块。从打捻模块收转速卷绕模块收转速,, ,捻度显示模块在,,,,, ,,,中的建模各个模块建模完成之后,可以得到,,,,, ,,,建模总仿真图如图,, ,,所示,,, ,,,,,, ,,,程序图, ,, ,仿真结果分析建立模型的过程中可以看出,影响最后捻度输出的因素主要为电机的误差定以及通讯延迟引起的变化。下面从这两个方面对仿真结果做多元化的分析第三章捻绳机系统的建模与软件仿真, ,, ,, ,机械误差的影响分析机械误差的影响时,暂不考虑通讯延迟引起的误差。假设卷绕机卷绕度,,,米,分钟, 目标捻度,,,捻,米。设电机转速误差的平均值为,,误差范围为电机设定转速的,,,例如卷电机的设定转速为,,,米,分钟,则在,,误差下其转速在,,,—,,,米,分钟之间化。得到捻度显示图如图,, ,,所示,蠢时间,秒,,, ,,,,,,,捻度显示中横轴表示时间,秒,,纵轴表示捻度。从图中可以看出,捻度的变化基在,,, ,,,捻,米之间,保持在,,误差范围内,其平均值为,,, ,,,方差为,, ,,。中有一个捻度,,, ,,的最低点,这是由于当时打捻机负向误差较大,速度偏低,,绕机正向误差较大,速度偏高,,合成后误差被放大,超出了,,的范围。而当况相反时, 即打捻机正向误差较大,卷绕机负向误差较大时,就产生了图中的高点,,,, ,,。了减小捻度误差,最好的办法是提高电机精度。提高电机精度就意味着要入更多的成本。考虑到在捻绳机系统中,一台卷绕机可以同时带动多台打捻机,节省成本应尽量提高卷绕机的精度,适当提高打捻机的精度。设卷绕机精度提高到,,,打捻机精度提高到,,,得到捻度显示图如图, ,,所示,第三章捻绳机系统的建模与软件仿真,, ,,提高电机精度后的捻度度平均值为,,, ,,,最大值,,,, ,,,最小值,,, ,,,方差,, ,,,从数据中可看出,捻度的精度得到了显著提高。前面的实验中,误差的平均值设定为,,但在实际的生产中,可能由于机原因使得误差平均值偏离,点。 以图,, ,,中的设定为基础,假设打捻电机的差平均值为电机精度的正向,,,其他保持不变,得到如图,, ,,的仿真数据。桨寂,型时间,秒,,,,, ,,打捻电机加入正向平均误差后的精度,第三章捻绳机系统的建模与软件仿真到捻度平均值,,,, ,,,最大值,,,, ,,,最小值,,, ,,,方差,, ,,。数据比较中可以看出, 当机械误差的平均值为,时,仿真获得的捻度平均接近设定值,,,,但当机械误差的平均值偏离,点后,就会造成捻度平均值产相应的偏差。不难理解, 当打捻电机由于机械原因,使得其误差平均值为正时,会造成整体上打捻速度较快,使得平均捻度大于设定值。于这种问题,可以通过调节电机精度,消除引起正向误差的因素,从而提生产质量。但在实际生产中, 引起机械误差的原因往往不那么好找, 即使找到原因,也不一定好解决。这里可以采用另一种方法, 即在设定捻度时,将误差虑进去,通过程序对目标捻度的修正,获得更好的效果。, ,, ,, ,通讯延迟的影响图,, ,,实验中的参数为基础,假设,,,模块向打捻电机模块发送数据时在通讯延迟。 以使用,,,,,命令调节电机转速为例,一般有两种通讯模式可选择,一种是直接发送数据的,,,模式,一种是发送,,,,,码的,,,,,模式。,,,模式下,通讯协议中一般包括,位通讯地址信息, ,位操作指令, ,,位服寄存器地址信息, ,,位电机速度数据信息,总计,,,,,,,,,,,,有,,位。在波特率,,,,,,的情况下,发送这些数据需要,, ,,,,×,,,,, ,,,,秒,,,,。如果在,,,,,模式下,发送同样的数据需要两倍的时间, 即,,,,。时,为了能够更好的保证电机的稳定,避免误触发,伺服接收到命令后,往往经过一定的间延时再控制电机改变转速,这个延迟时间被称为响应时间,是可以设定的,般设定为,, ,,,,。总的通讯延迟时间为以上两部分之和。实验中选用通讯时较短的,,,模式, 电机响应时间设为,,,、 ,,,,、 ,,,,, 因此,我们可以假总的通讯延迟时间分别为,,,,、 ,,,,和,,,,来观察通讯延迟对系统输出的响,瑙,,先假定系统没有通讯延迟, 以这种情况作为理想状态进行比较。假设卷绕精度为,‰打捻机精度为,,,得到捻度显示如图,, ,,所示。度平均值为,,, ,,最大值,,, ,,,最小值,,, ,,,方差,, ,,图,, ,,条件的基础上,假设通讯延迟为,,,,, 同样截取,,秒的仿真数如图,, ,,所示,,桨锻,时问,秒,,, ,,通讯延迟,,,,情况下的捻度度平均值为,,,, ,,,最大值,,,, ,,,最小值,,, ,,,方差,, ,,通讯延迟设定为,,,,秒时,得到仿真数据如图,, ,,所示,阃,秒,,, ,,通讯延迟,,,,情况下的捻度度平均值为,,, ,,,最大值,,,, ,,,最小值,,, ,,,方差,, ,,通讯延迟设定为,,,,秒时,得到仿真数据如图,, ,,所示,,第三章捻绳机系统的建模与软件仿真兴最,毯辍图,, ,,通讯延迟,,,,情况下的捻度度平均值为,,,, ,,,最大值,,,, ,,,最小值,,, ,,,方差,, ,,。合以上实验数据,得到如表,, ,所示的数据表格,,, ,通讯延迟对系统的影响迟时间,毫秒,均值,捻,米,大值,捻,米,小值,捻,米,差,理想,,, ,,,,, ,,,, ,,, ,,,,,, ,,,,, ,,,, ,,, ,,,,, ,,,,, ,,,, ,,, ,,,,,, ,,,,, ,,,, ,,, ,,过对数据的分析可以看出, 当通讯延迟增大时,捻度的平均值几乎不会受影响,最大最小值的变化也不大,但是捻度的跳变有增多的趋势,方差的增大表明了这一点。讯延迟对系统的影响也不难理解, ,,,模块是根据卷绕模块当前的转速来算打捻模块目标转速的,如果通讯延迟较大,难免会引起两个电机的工作不协、不同步,从而加剧了捻度的波动。在实际系统设计中,通讯延迟往往由通讯离、通讯协议复杂度、软件响应时间等多种原因引起。虽然通讯延迟对捻度平值影响不大,但在设计中最好规划好这些因素造成的影响,在不影响系统稳定情况下将通讯延迟尽量减小,减少产品捻度的波动。,————————————————————第三章捻绳机系统的建模与软件仿真, ,本章小结章以捻绳机系统为例,使用虚拟机的设计方法进行系统设计。首先是根据系所要实现的功能,建立概念样机。然后根据概念样机,对系统来进行模块划分和模。系统建模完成后,在,,,,,,, ,,,,, ,,,平台上对系统进行软件仿真,并过对实验数据的分析,选取适当的参数, 以更好的实现系统功能。