文献标识码： A
文章编号： 0258-7998(2012)12-0117-03
复杂产品的开发设计过程通常分为液压、机械、电子、控制等不同子系统，各子系统采用各自领域内的商用仿真软件进行单点仿真[1]。但单点仿真并不能真实地反映整个系统之间的相互影响，而且当某个系统的参数有变动时，各子系统都要重新设计。而虚拟样机技术的发展为复杂产品进行精确仿真提供了有效的支持。
虚拟样机技术是一种基于计算机仿真的产品数字化设计方法，涉及到多体运动学与动力学等技术，是在CAX(如CAD、CAE、CAM等)/DFX(如DFA、DFM等)技术基础上的发展，进一步融合了信息技术、先进制造技术和先进仿真技术，并将这些技术应用于复杂产品的全生命周期[2]。利用虚拟样机代替物理样机对产品进行创新设计、测试和评估，可缩短开发周期，降低成本。
雷达天线是一种典型的机电一体化产品，利用虚拟样机技术对机械系统和控制系统协同仿真，在可视化的环境下观察控制系统和机械系统的相互影响，输出多种仿真结果。
本文基于ADAMS的强大的动力学仿真建模功能和Matlab/Simulink强大的控制仿真功能，利用ADAMS建立了雷达天线机械模型，并在Matlab/Simulink中设计了控制器，结合在ADAMS中建立雷达天线机械模型，最终建立了基于ADAMS和Matlab的协同仿真模型，通过协同仿真可保证雷达天线达到预定仰角位置，稳定系统。
1 机械系统的虚拟建模
本文利用ADAMS/View对雷达天线进行建模。模型主要由天线、支架、轴承、电机、减速齿轮及机架等组成，各零件之间添加各种运动副，包含若干转动副和一个齿轮副，雷达天线可以旋转、摇摆[3]。虚拟样机模型如图1所示。
2 控制系统建立
本文通过ADAMS中的Control模块与Matlab的接口,实现了基于虚拟样机模型的雷达天线控制的研究。对雷达天线虚拟样机模型定义了两个输出变量：天线仰角的方位角和电机的转速；一个输入变量：控制力矩。
通过ADAMS的Control模块，将雷达天线虚拟模型输入到Matlab进行仿真，并基于此模型设计控制系统设计。控制框图如图2所示。
利用ADAMS和Matlab建立的雷达天线协同仿真模型[4]如图3所示。
雷达天线ADAMS子模型如图4所示。
3 协同仿真
首先在ADAMS中建立虚拟样机模型，然后通过Control模块建立了状态变量,之后即可在Matlab的Simulink中建立控制框图。通过Control模块与Matlab的接口进行ADAMS-Matlab协同仿真，设置仿真时间为0.25 s，采用Matlab自带的变步长龙格-库塔法数值积分函数ode15（stiff/NDF）进行数值积分、仿真运行[5]。
3.1 Simulink仿真结果分析
关闭ADAMS软件，在Matlab中点击仿真，此时调出一个ADAMS窗口。此窗口里的雷达天线会随着控制力矩的变化而不断摆动，同时在Simulink中仰角方位角以及电机的曲线、控制力矩曲线也随着不断变化，直到最终稳定,并达到设定值,从而实现了控制的目的。Simulink中天线仰角方位角仿真结果如图5所示，电机转速仿真结果如图6所示。
双击图3中的“电机速度”等Scope控件，可以直观地观察到仰角位置和电机速度等曲线。将仿真结果保存为*.res、*.req及*.gra三种类型的文件。
3.2 ADAMS中仿真结果分析
将上述仿真分析的结果文件*.gra导入ADAMS中的Posprocessor处理模块中，即可在ADAMS中对仿真结果进行分析。图7为ADAMS中雷达天线模型控制力矩仿真结果。
由图7可以看出，开始加速时，控制力矩迅速达到最大峰值，然后迅速下降，当天线接近预先设置的位置时,控制力矩此时变为负值,从而使天线速度降低。随后，当天线到达设定位置时,控制力矩逐渐接近为零[3]。
本文建立了雷达天线的虚拟样机模型,利用ADAMS/Control与Matlab/Simulink进行了机械系统和控制系统的协同仿真，直观地显示了控制系统对机械系统动作的影响，获得了各种动态性能曲线。由此可见，利用虚拟样机技术进行协同仿真，能使各自独立的子系统发生关联，可有效地观察复杂产品内各子系统之间的相互影响，使仿真更逼真，从而可以缩短产品开发周期，降低成本。
参考文献
[1] 黄海涛，彭国朋.基于虚拟样机技术的雷达天线车机液耦合仿真及其优化分析[J].电子机械工程，2009，25(5)，56-58.
[2] 黎育红，聂凌霄.基于ADAMS虚拟样机的多体系统动力学仿真[J]. 武汉大学学报，2010：43（6）,757－761.
[3] 郭卫东. 虚拟样机技术与ADAMS应用实例教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.
[4] 张化光，刘鑫惢，孙秋野. Matlab/Simulink实用教程[M].北京：人民邮电出版社，2009:57-80.
[5] 李韶华，杨绍普，李浩玉. 基于ADAMS_Matlab联合仿真的汽车悬架半主动控制[J]. 系统仿真学报，2007,19(10)：2304-2307.