基于Pro/E模型的MATLAB/Simulink模型轉換
Pro/E模型與MATLAB/Simulink模型表達方式的不一致直接影響了兩者間進(jìn)行聯(lián)合仿真.從Pro/E裝配模型到MATLAB/Simulink模型的轉換分為裝配模型信息的提取和接口信息轉換兩部分內容;前者采用的是基于特征設計術(shù)和分層、分類(lèi)的方法來(lái)提取信息的，而后者是把.xml作為中性文件將信息從Pro/E到MATLAB/Simulink間進(jìn)行映射.其中后者還涉及Pro/E裝配模型的約束關(guān)系到機構間運動(dòng)副的轉換，采用的是基于約束度的組合推理算法實(shí)現簡(jiǎn)單約束轉運動(dòng)副，并對螺旋法轉運動(dòng)副進(jìn)行了理論研究.最后用轉換挖掘機實(shí)例證實(shí)了上述研究方法的可行性，解決了利用Pro/E和MATLAB/Simulink進(jìn)行聯(lián)合仿真所遇到的相關(guān)技術(shù)性問(wèn)題。
虛擬樣機技術(shù)作為一種復雜產(chǎn)品的研究設計方法，已廣泛應用于企業(yè)中，它是以三維建模技術(shù)、多領(lǐng)域仿真分析軟件為基礎，對產(chǎn)品進(jìn)行仿真分析.這種技術(shù)可以縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期和降低成本.基于A(yíng)DAMS與三維造型軟件的虛擬樣機技術(shù)相對來(lái)說(shuō)已經(jīng)比較成熟了，但基于Simulink與三維造型軟件的虛擬機技術(shù)仍然面臨著(zhù)接口標準不一致的難題.Simulink剛體信息可以通過(guò)提取裝配仿真過(guò)程中模型信息獲得，但零部件運動(dòng)副卻無(wú)法通過(guò)定義獲取，所以無(wú)法從裝配產(chǎn)品中直接轉Simulink模型.由于目前商品化軟件(ADAMS)對機構運動(dòng)副信息的處理全部采用交互式添加運動(dòng)副的方式來(lái)完成，無(wú)法通過(guò)直接模型轉換獲取運動(dòng)副，這就為仿真前處理增加了大量工作量.Turner等在這方面作了大量的研究，這為基于樣機技術(shù)的模型轉換提供了參考，但實(shí)現仍然受到限制。
MATLAB/Simulink作為多領(lǐng)域仿真分析工具，其自身的建模功能相對薄弱，而Pro/E強大的三維設計功能可以滿(mǎn)足復雜產(chǎn)品的虛擬設計與裝配.但由于基于MATLAB和Pro/E的虛擬樣機技術(shù)，需要對不同接口形式進(jìn)行轉換，這為虛擬樣機技術(shù)的實(shí)現造成了一定困難.所以有必要對Pro/E模型與MATLAB/Simulink的多領(lǐng)域模型間的數據映射和轉換進(jìn)行研究，實(shí)現2種模型在接口間的轉換。
1、模型的表達
基于特征參數化方式的造型軟件Pro/E，與基于數學(xué)方程實(shí)現模型設計的Matlab/Simulink對模型的表達是不一樣的.在Pro/E環(huán)境下裝配模型的表達包括零件信息和零件間的約束關(guān)系.零件信息一般包含：質(zhì)量、密度、轉動(dòng)慣量、單位、ID號，常見(jiàn)約束關(guān)系有配對、插入、相切和坐標系等，每個(gè)約束關(guān)系都有一定的約束度，如配對中的共面約束有3個(gè)約束度，限制了2個(gè)旋轉自由度和1個(gè)移動(dòng)自由度.所以Pro/E裝配模型是由多個(gè)零件通過(guò)空間中一系列的約束關(guān)系組合而成的.
MATLAB/Simulink模型的表達是由剛體、運動(dòng)副等基本元素通過(guò)拓撲結構連接而成的.其中拓撲結構就是多體系統中各剛體的連接方式.以簡(jiǎn)單的二桿機構為例，兩剛體通過(guò)旋轉副連接在一起，如圖1所示。
圖1 簡(jiǎn)單二桿機構
進(jìn)行結構和運動(dòng)仿真的MATLAB/Simulink軟件，由于不需要反映模型的外觀(guān)信息，模型表達相對比較簡(jiǎn)單.一般分為剛體和運動(dòng)副信息的表達，其中剛體本身只需要記錄質(zhì)量、重心、轉動(dòng)慣量，運動(dòng)副表達包括了運動(dòng)副類(lèi)型、運動(dòng)副坐標信息，如圖2所示。
圖2 剛體和運動(dòng)副參數
2、模型轉換方案
三維裝配模型間的轉換在于模型表達信息的映射，一般將三維裝配模型轉換分為零件層次模型映射和裝配約束映射.用Pro/E提供的二次開(kāi)發(fā)工具Pro/Toolkit對零件信息和約束信息進(jìn)行有效提取，對提取的零件信息可以直接映射到MATLAB/Simulink剛體信息，而對于裝配約束信息的映射，包括了約束轉運動(dòng)副，這也是整個(gè)模型轉換的關(guān)鍵點(diǎn).這里采用了組合推理方式實(shí)現約束轉運動(dòng)副：先識別零件間所有約束的類(lèi)型，通過(guò)約束計算獲取兩零件間約束度，判斷出兩零件的運動(dòng)副類(lèi)型;再計算所有約束作用下運動(dòng)副幾何元素，來(lái)確定運動(dòng)副方向;最后以.xml作為中性文件，實(shí)現模型信息映射表達.整個(gè)轉換過(guò)程如圖3所示。
圖3 轉換實(shí)現流程
這種方法能夠完整地提取產(chǎn)品的裝配信息，將零件信息與約束信息進(jìn)行有效轉換，并向xml文件不同層結點(diǎn)寫(xiě)入信息，建立了信息之間的映射關(guān)系.有效地將Pro/E強大的建模功能融入Simulink仿真過(guò)程中，降低了建模的難度，并具有一定的可擴展性。
5、結論
采用了基于特征設計技術(shù)和分層、分類(lèi)的方式對裝配模型信息進(jìn)行提取和基于約束度組合推理的算法實(shí)現了簡(jiǎn)單約束轉運動(dòng)副，能將Pro/E模型轉換為Simulink模型.上述過(guò)程建立了從Pro/E數據到Simulink的映射關(guān)系，從而能在Simulink環(huán)境下完成裝配模型的重構。這樣可以將造型軟件和仿真軟件有機結合在一起，進(jìn)行聯(lián)合設計，實(shí)現高效率的產(chǎn)品設計與優(yōu)化。
