2007PLM征文之14：MSC.Software机构控制一体化仿真整体解决方案

一、前言

在传统的产品研发流程中，虽然已经引入了各种工程辅助软件，如三维CAD软件、有限元分析软件、机构动力学分析软件和控制系统分析软件，但彼此之间仍独立作业，缺乏整体协同作业规划。机械工程师与控制工程师虽然共同设计开发一个系统，但是他们各自都需要建立一个模型，对机械系统和控制系统进行独立设计和测试，然后进行集成。这样的开发方式，一方面，由于在设计阶段机械工程师与控制工程师缺乏互动，机械系统与控制系统独立设计，因而无法确切的检验所设计的控制律是否有效合理，也无法检验控制品质的高低，如果控制对象如液压系统中作动筒的载荷工况等信息无法完全确切的计算和把握，而只能通过估计的方式得到，自然会影响设计效果；另一方面，由于后期产品测试和验证经常与原始设计不符，一旦出现问题，必须回到各自的模型中重新进行修改机械系统和控制系统，造成巨大的人力、物力浪费。

图1传统机电系统研发流程

如果能够让机构和控制设计两个单位一开始就共享模型信息，把两边考虑的机构控制问题同时包含在分析程序中，直接建立完整的机电系统，这样，一方面可以使得控制工程师可以获得与实际工况相符的机构运动规律，另一方面可以利用整合的虚拟样机对机械系统和控制系统进行反复的联合调试，直到获得满意的设计效果，然后进行物理样机的建造和测试。显然，利用机构控制一体化虚拟样机技术对机电系统进行整体设计、调试和试验的方法，同传统的设计方法相比具有明显的优势，可以大大提高设计效率，缩短开发周期，降低产品开发成本，获得优化的机电系统整体性能。

图2现代整体式研发流程

二．MSC.Software机构控制一体化仿真整体解决方案

1．MSC.ADAMS与MSC.EASY5简介

MSC.ADAMS是目前全世界各行业应用最为广泛的机构动力学与虚拟样机分析软件。MSC.ADAMS软件使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统几何模型，其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格朗日方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。MSC.ADAMS软件的仿真结果可以预测机械系统的性能、运动范围、碰撞检测、峰值载荷以及有限元的输入载荷等。

MSC.ADAMS一方面是虚拟样机分析的应用软件，用户可以运用该软件非常方便地对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析；另一方面，又是虚拟样机分析开发工具，其开放性的程序结构和多种接口，可以成为各行业用户进行特定类型虚拟样机分析的二次开发工具平台。MSC.ADAMS软件由基本模块、扩展模块、专业领域模块及工具箱5类模块组成，用户不仅可以采用通用模块对一般的机械系统进行仿真，而且可以采用专用模块针对特定工业应用领域的问题进行快速有效的建模与仿真分析。

MSC.EASY5是面向多学科动态系统和控制系统的仿真软件，用于在产品的概念和系统级设计阶段快速地建立完整、可靠的功能虚拟样机。MSC.EASY5提供了独一无二的多学科动态系统仿真和控制系统分析的能力：预定义的多学科系统部件库、与CAE软件的集成、强大的线性和非线性分析工具、控制系统仿真及设计选项、实时代码生成等。MSC.EASY5拥有简单易用的图形化用户界面，基于可执行代码程序进行仿真运算并提供了强大的专业应用库支持。

MSC.EASY5的模型元件既包括基本的数学和控制环节，比如加法器、除法器、积分器和超前－滞后校正装置等等，也包括来自专业应用库的系统级部件，比如阀、作动器、热交换器、齿轮副、离合器、发动机、电机、气体力学、飞行动力学等等。每一个系统级部件都代表一组方程，用以描述一个物理元件（如四通液压阀）或是一个物理现象（如润滑油粘度变化）。此外，用户还可以通过加入FORTRAN或C代码建立用户部件，以定制特殊元件或部件。这样的模型元件结构，使得MSC.EASY5具有良好的适用性，可以满足不同层次的建模和仿真需求，用户完全可以根据需求选择建模方式，即选择通过基本数学和控制环节建模还是通过实际的物理元件建模，建模方式非常灵活。