SAMCEF 機電耦合仿真

機電耦合系統時由機械系統，電磁系統以及聯系兩者的耦合電磁場組成。傳統的設計方法中，產品的各部分是獨立進行設計和仿真的，等機械和電子部分都設計完成并制作出物理樣機后，才能進行整體測試。借助于機電耦合建模和仿真技術，可以在物理樣機研制前通過對虛擬樣機進行仿真分析，得到數控機床整體性能，為機械與電氣參數的匹配提供依據。目前可以做機電耦合的軟件有以下幾種：

（1）美國的Mathworks公司研制開發的MATLAB，新推出的SimMechanics 工具箱可以直接對多剛體機器和他們的組件進行建模，與Simulink模塊聯合運行可以進行耦合建模與仿真。但是，其缺點也十分明顯，因為SimMechanics 仿真模塊中提供的僅僅是多剛體的仿真，無法進行柔性體的仿真，并且可視化、形象程度較低，無法與專業的有限元分析軟件相比。

（2）美國MSC 公司的ADAMS，能夠實現機械系統運動學、動力學仿真。ADAMS/Controls 是ADAMS 的插件模塊，為ADAMS中建立的機械模型添加控制系統。通過ADAMS/Controls 模塊，可以使在ADAMS中建立的模型與EASY5、MATALB等系統結合起來，實現機電系統耦合建模與仿真。但是其缺點是：在進行柔性體仿真是，必須借助于外界有限元軟件（ANSYS）通過接口技術將柔性體導入ADAMS中仿真分析，操作較為繁瑣并且導入的柔性體只可以做線性分析。

（3）LMS公司的SAMCEF軟件是歐洲CAE領域普遍采用的有限元軟件，功能強大，尤其擅長于剛體柔體耦合的復雜系統的動力學建模和分析。其中，SAMCEF Mecano的目標是解決機械系統的機構和結構的非線性求解分析，包括靜態分析、運動分析和瞬態條件分析，如果用SAMCEF做機電耦合分析的話，那么計算精度以及可視化程度上要遠遠強于ADAMS 和SimMechanics。目前來說，SAMCEF 與MATLAB 進行機電耦合主要有以下三種方式。

（1）基于SAMCEF.Field界面形式的機電耦合仿真。

這種方式的機電耦合仿真是在SAMCEF.Filed 界面下完成的，利用SAMCEF.Filed 界面下的controller按鈕，在該窗口中完成控制器的添加與設定。這種方式的優點是連接方便，不需要接口函數即可完成。

（2）基于bacon這種參數化設計語言的機電耦合仿真。

首先，需要在“solver data”模塊下的Epilog中利用Bacon語句定義輸入輸出點，同時，控制模型也必須在simulink中完成；然后利用自定義的接口文件完成機械模型與控制模型的聯合仿真。具體可見附件（S4MT_Mechatronics_Optim.pdf）。

（3）基于SAMCEF中的co-simulation模塊的機電耦合仿真

首先在SAMCEF程序界面中的Analysis mode中選擇Mecano/Simulink Coupling按鈕，如下圖所示：

用戶可以在New Project 按鈕菜單中定義分析文件路徑以及分析名稱。

然后先點擊界面上的Run 按鈕，這時候，用戶需要選擇已經做好的Simulink模型。

最后，運行SAMCEF程序，可以得到如下一系列文件：

最后，用戶只需在MATLAB環境下，通過編輯SIMULINK模型，點擊“PLAY”按鈕，運行SIMULINK模型即可得到相應的仿真結果。

需要特別說明的是，要建立一個機電耦合模型，用戶必須建立一個.mdl文件，該文件中包括下圖所示的紅色模塊。這個紅色模塊是SAMCEF提供的一個用于Mecano模型和Simulink模型信息交互的模塊。圖中輸入輸出量的數量必須與Mecano模型中定義的輸入輸出數量相一致。任何沒有用到的接口應該都定義為“接地”（第五個端口所示）。

所用到的matlab 版本必須是2006、2008、2010，在進行co-simulation仿真時首先要在SAMCEF界面下的variable窗口下的“All Modules”標簽下，設置“SAM_MATLAB”環境變量名稱為matlab 安裝目錄。

SAMCEF_Control.pdf