建模与仿真案例教学论文范文

建模与仿真案例教学论文范文第1篇

1.1 研究目的

机器人手是结构与功能上模仿人手臂的一种机械手, 具有一定的灵活性, 它可以通过对空间位置的把握、手臂与目标形状的匹配、手臂间的协调控制, 完成一些精细的操作。因此机器人手臂被广泛应用于各种场合。

在近些年, 迅速发展的仿真技术为机器人手臂系统提供了新的研究平台。人们开始用仿真平台研究动态拟实操作过程的“物理模型”, 以便了解对刚体和变形体操作时的动态特性。

机器人手臂的一个重要特点是手臂的灵活性, 主要表现在机器人手臂运动的灵活性和功能的灵活性, 如实现抓取, 抬举等类似人手的基本功能。将关节机器人的手臂等效为多质量弹性扭转系统, 研究其运动传递规律, 并利用MATLAB进行仿真, 通过MATLAB仿真可得到机器人大小臂在一个运动周期内的角度、角速度和角加速度变化曲线。从而, 为实现其控制, 提高其运动精度和速度提供理论支持。最后, 达到控制机器人手臂并提高其灵活性的目的。

1.2 研究意义

机器人手臂系统的仿真实现对机器人手臂系统的发展有很大的意义。目前, 在机器人手臂研究中, 现实中的手臂系统硬件容易毁坏, 多次试验也将影响试验的精度和要求, 从而影响研究的进展。机器人手臂系统仿真的研究有助于解决上述问题, 因为在虚拟环境下, 对机器人手臂系统的研究可以完全独立于硬件环境, 很方便地改变机器人手臂系统的材料、结构、尺寸等, 并能方便、直观的对其运动学动力学特性进行分析, 这将大大节省机器人手臂系统开发的时间和资源代价。

2 机器人手臂与多质量弹性扭转系统

本文建立的机器人手臂系统的模型并完成仿真, 将关节机器人的手臂等效为多质量弹性扭转系统, 保证机器人手臂系统运动更接近真实情况, 对研究机器人手臂系统的各种性能有相当大的作用。机器人的手臂动作主要包括了伸手、移动、提举、放下、推、拉等动作。其手臂链构成为:肩部-上臂-前臂-手掌, 通过圆筒坐标关节式搬运机器人手臂的结构及运动学分析, 对圆筒坐标关节式搬运机器人手臂结构进行简化, 等效为多质量弹性扭转系统。首先对多质量弹性扭转系统的各个零件添加约束:系统的底座要求固定, 所以在底座和试验台之间采用固定副;机器人大臂与肩之间采用固定副;机器人的关节采用旋转关节, 小臂和大臂之间采用旋转副, 然后对大臂添加驱动。给大臂一个转速可得小臂在稳定之前的角度、角速度和角加速度变化曲线。得到大小臂关节在各段的角度、角速度和角加速度变化曲线。根据大臂关节的角度、角速度和角加速度的连续变化, 得到小臂关节的角度、角速度和角加速度的变化, 并且对角度、角速度和角加速度的变化以线性描述。如果该机械手的位移曲线平滑, 速度和加速度曲线连续说明在此工作过程中机械手的运行比较平稳, 整个结构不会产生较大振动。从而提高机器人手臂在动作过程中的精度和准确性。

仿人机器人现在是国内外的研究热点。其研发的最终目标是服务于人类, 机械臂目标操作作业的实现可以帮助仿人机器人更好地服务于人类。因此手臂机构设计是机器人研发的关键技术。机器人可以端起茶杯递给顾客, 机器人可以打开冰箱取食物。这些作业任务对机械臂重量、刚度方面的要求不高。但对于一些复杂运动的执行, 如高速运动目标的抓取等, 手臂的性能就显得十分关键。今天我们所看到的工业机器人多数有机械臂和末端执行器组成。机械臂和末端执行器的分工有些类似人的臂与手的分工, 前者主要提供大范围的运动与定位, 后者与环境和对象作用, 执行预期的任务。工业机器人的末端执行器种类繁多, 依用途而已。机械臂自然的作业姿态是机器人的重要指标之一。7自由度机械臂可以较容易地避开障碍物, 具有较大的工作空间, 且动作可以更加自然。但其末端位姿仅占用6维空间, 所以这种冗余结构机械臂的逆运动学不能单纯由解析方法直接得到。通过几何分析, 得到空间中具有物理意义的7个独立变量。这种方法便于求解, 且解是精确的;但所解物理量不是各关节角度, 不能直接应用于机械臂的控制。采用示教方法来实现对机械臂规划位姿的再现。该方法只是对已规划数据的重复, 机械臂的运动范围极其有限。为扩大机器人手臂作业空间, 增强机器人手臂作业能力, 提高机器人作业舒适度, 可以采用动力学仿真、有限元分析与实验测试相结合的方法并根据人体手臂结构设计出机器人轻型高刚度7自由度机械臂。同时, 结合查询数据库和逆运动学求解的方法, 通过模仿人类手臂姿态进行手臂规划, 解决冗余自由度带来的逆运动学多解的问题。利用所设计的7自由度机械臂平台进行实验, 该方法不仅可以实时得到各关节角度的精确解, 而且可以使机械臂作业姿态达到自然和类人的效果。

3 研究展望

国内对机器人展开了一定的研究, 但对圆筒坐标关节式搬运机器人及其部件的结构及制造工艺等进行的研究不够深入, 本文把机器人手臂等效为多质量弹性扭转系统并深入进行系统研究。

对圆筒坐标关节式搬运机器人的研究主要集中在提高其负载能力和工作速度, 其核心是控制系统的控制算法和驱动系统。把机器人手臂等效为多质量弹性扭转系统并进行研究, 可以为设计驱动系统和优化控制系统的控制算法提供理论指导, 是机器人研究的方向之一。

摘要：机器人的手臂动作主要包括了伸手、移动、提举、放下、推、拉等动作。其手臂链构成为:肩部-上臂-前臂-手掌, 通过圆筒坐标关节式搬运机器人手臂的结构及运动学分析, 对圆筒坐标关节式搬运机器人手臂结构进行简化, 等效为多质量弹性扭转系统。

建模与仿真案例教学论文范文第2篇

1 仿真分析

本文的仿真分析主要是运用Matlab仿真平台系统中的Simuu lliinnkk电力系统数据库来对3355kkvv并联电容器的故障以及建模仿真进行深入分析, 这种仿真程序是目前较为常用且功用较大的一种仿真集成环境, 属于动态系统仿真的范畴, 由于有众多的优点, 因此在各个行业中得到广泛的使用。其优点主要表现为, 高级的技术图形、独特的用户界面、以及多种内置版块。基于Simu link系统的图形建模方式从而更好的实现对动态系统仿真工作的分析, 本文从电力系统专业模块数据库以及公共模块库来对35kv并联电容器做出了故障仿真。在电力系统中, 模块库中的专业应用主要包括连接器、录波元件、测量元件以及电源灯各个不同的系统组成。

仿真模型则是结合35kv并联电容器的实际运用工作加以改正, 并从Matlab平台所包含的Simu link齐全的电力模块数据库建立起了计算机的仿真实验模型图。

1.1 电容器额定运行工作状况分析

从上文中所体现出来的仿真模型来看, 可以很容易的发现, 仿真模型所运用的电源较为理想, 用三相电源代替了以往的35k V侧主变电源, 除此之外还用三相负载替换了原来的35KV负荷, 控制负载额度为10MW, 图形中的C7以及C8构成了较为完整的一个电容器, H8则是来对故障电容电流加以显示, 出现故障时的C8则表示电容部分内部熔丝出现烧断的现象, 并占据7/8的实际电容值, 内熔丝出现熔断问题之后, 电容器值则为之前的1/8, 本文中的仿真电容参数控制其额定电压为12/2kv, 容量以及电容值控制为334kva、29.53μF。[3]仿真过程中所用到开关断开模拟熔断器进行熔断, 并把不平衡电流保护定植的二次测定控制为0.39A、时间控制为0.2s中性点电流互感器的变比数值为20.5, 经过系统的计算得到一次侧不平衡电流数据为1.56A。

从下图图像和数据显示中不难发现当中心点电流互感器在510-3A时, 可以忽略不计, 但是单位电容器的电流要控制在一个安全的固定值以内, 即五十安左右, 同时相互结合规定的六十五安的额定电流, 使其处于处于熔断器额定电流范围规定之内。

1.2 电容器内部熔丝熔断之后的电流波形

当电容器中的单台电容死完全熔断以后, 电容的剩余值表现为熔断钱的1/8, 在这过程中, 可以对模拟器进行熔断处理, 故障于0.17秒之后产生, 但是, 其余的数据是不会有任何改变的。以下是故障电流波形显示

从上述图文资料中不难发现, 在电容器组运行的时候, 当熔丝出现了熔断的情况以后, 和之前相比, 其电容值的损失数值是以前的7/8, 其不平衡的电流现象在中性点电流的互感器也会出现。并且数值为5.94A。当电容器进行自我保护进而用不平衡的保护开关实现断开, 这是熔断器的电流数值是十安, 也就是说在这个范围之内。

1.3 电容器部分击穿之后的具体电流波形分析

内熔丝实际击穿程度故障在实际的电容器中发生得较少, 其电容值可能为之前的4倍, 用来实现C7以及C8的电容值仿真, 并对开关等动作加以模拟, C7以及C8的电容值和变数之为118μF, 其余的参数则和仿真二类似。

1.4 电容器全击穿之后的电流波形探讨

当单台电容器实现了全部击穿后, 其影响较大, 这时B3开关闭合仿真断开, 其余的数值符合于仿真二的数值结果。从下图中可以看到, 先并联, 然后在再串联, 在这种情况下, 当电容器中系统中的某一个电容器产生击穿现象以后, 两个不同的电流就会构成故障点, 即工频故障电流、健全相电容器朝着故障点涌放的电流。所以, 当途中像是的是脉冲电流时, 则表示故障产生的电力较大。因为瞬间电流数值较大, 所以电容器的不平衡电流很容易就会突破三百安。进而导致损坏的情况发生。所以, 要方式电容器故障产生的范围扩大, 就应该使外容器在短时间内就熔断, 从而使电容器安全运行。

1.5 电容器补偿容量计算

进行35kv并联电容器系统中对无功补偿装置进行安装, 能够从根本上减少节能的损耗, 保证电能质量能够得以改善, 不断提升输变电设备的实际有功出力, 从而让电力更好地对社会主义现代化建设事业服务。在35kv并联电容器变电站系统运行中, 使用的是10kv母线无功补偿的方式, 其选择补偿容量则应该是朱边无功损耗以及主变一侧到电源点之间的线路所存在的无功损耗之和, 其具体的计算方法为:

其中公式中的QB表示变电站无功补偿容量、QBJ表示变压器的具体激磁无功损耗量、QBL则表示变压器的漏磁无功损耗量、QL线路无功损耗, 在35kv线路出口的无功损耗。

我国能源部门关于变电站中无功能补偿容量的计算大都是根据传统的高耗能变压器的相关条例来进行制定, 运用较多的大都是S7系列的节能变压器, 变压器本身存在的激磁无功能损耗以及漏磁无功能损耗相对较低, 所以, 运用这种补偿原则进行计算时, 需要综合考虑相关影响因素。例如我区域管辖的35kv变电站有两台主变, 其中1#的变容量为5000kva, UK%为7.83%、10%为0.4。控制35kv的侧额定电为82A。2#主变容量则为3150kv、10%则为0.45、UK10%则为7.83, 35kv侧电流为52A, 两台主变单一运行。其中35kv线路长度控制为7.5km, 假设的负荷率则为100%, 从而来对每段母线的补偿容量加以确定。

2 35kv并联电容器存在的故障以及解决措施

2.1 外熔丝质量

并联电容器运用高压喷逐式的一种熔断器, 这一设备元件能够从根本上避免内部元件损坏继而导致故障以及油箱爆裂等现象。主要是由于这样的电容器没有响应的安全设置, 比如指示断口, 同时结构也比较简单, 低廉的价格使得这样的电容器一般容易产生故障。但是也因为价格便宜, 在国内运用的较为普遍。[5]包括白色变电站以及南宁变电站的单台电容器保护所用的都是这种熔断器, 当电容器出现气体熄灭电弧时, 虽然是在自身的作用下产生的, 但是能够阻断故障电流。在熔断器所具有的动作机理影响下, 大电流诱发的熄弧能力能够得以发挥, 其开断性能较为稳定;小电流下的开断则需要通过外弹簧得以实现。为了最大限度的使小电流范围有足够的运作时间, 熔断器的时间以及电流特性规定的限制为4h当中禁止熔断, 1.5Inf以及20Inf的熔断时间要保证少于七十五秒和七点五秒。以此提供较为充足的时间, 为了使电流条件下的电容器长期保持不出现失误, 标准规定的熔丝额定电流应该控制在1.43到1.55倍之间, 任何过大的Inf无法实现动作的敏感性。

由于我国的熔断器所处的环境较为复杂, 同时受到原材料, 制作工艺以及结构这些因素的影响。导致了成品在现实运行当中因为各种缺陷发生失误, 比如BAM12/2334IW的型号, 其单台电容器限定工作值时五十六安的电流, 这个数值是在熔断器的正常运作范围之中, 但是如果长时间的运作, 在熔丝上会出项一些积累起来的热量, 当有缺陷发生时, 尽管在固定的电流值当中, 也会照样出现熔断现象。只要认真的对南宁多起熔断器出现熔断现象的事故进行分析, 就可以清楚的知道, 熔断器的熔断大多都是在没有任何故障的情况下熔断的, 而对电容器的检查结果显示为完好无损。也就是说, 这是由于电容器间不平衡的电流保护而出现的结果。因此, 可以很容易的知道熔断器质量较差容易诱发电容器运行过程中出现群爆或者误动作, 但是, 也不能因为这一原因就将其换成规格较大的熔丝, 从而达到平静的要求, 因为, 这种行为在很大程度上能够导致在电容器有故障发生的时候而失去保护, 对事故现场中的情况进行具体的分析, 熔丝的选配不当是造成事故的主要原因。

2.2 内熔丝和外熔丝配合不到位

内熔丝作为电容内部的一部分, 是其一个重要配件, 而且和元件相互结合, 在运作时有任何情况发生, 比如元件有击穿的迹象, 其相应的内熔丝就会在较短的时间内出现熔断的现象, 其能量则是产生于并联元件的储能放电, 这和外熔丝的熔断机理存在较大的差异, 当一个元件出现故障时, 其它使用并联方式的元件并不会受到任何影响。仍旧可以继续工作。这就会在一定程度上诱发总电容量逐渐减少, 所以, 应尽可能减少内熔丝和外熔丝混用的现象。[7]从上文中的仿真二、仿真三结果来分析, 当内熔丝当中的额某一个元件出现问题的的时候, 电容量可能会因此而受到影响, 外熔丝的电流则不会出现显著的变化, 不易熔断, 因此, 在进行外观检查的时候, 不会检查出具体的故障。当在不携带内熔丝的情况下没有元件出现故障, 一般表现为单台单元电容器的电容量开始不断增加, 外熔丝的电流也开始逐渐增大, 容易产生熔断现象。

2.3 不平衡电流保护配合

在对仿真结果和经验的分析中得出, 当电流在击穿电容器的过程中会逐渐变大, 不平衡电流也相对较大, 内熔丝的熔断电流则会变小, 同时, 其中的不平衡电流很会随之减小。所以, 可以对二者的灵敏度加以修改, 时期达到自我保护装置的对应值, 当并联台数M满足最小并联台数限制要求时, 熔断器属于首要一级保护。从仿真数据来分析, 不严重的故障有内熔丝熔断以及内容器熔断这两种现象。中性点不平衡电流较小, 流过的电容器电流也保持在规定的安全范围之内, 二十安左右的电流则是不平衡电流的范围。同时, 把正常运作过程的的电容器的电流控制在一千安左右, 当不平衡的电流对电容器的所产生的影响较弱时, 电容器就能够实现安全运行。不平衡电流保护作为一种警报装置, 只要能够正常发出声音即为正常, 若电容器断流出现在故障发展或者初期阶段, 仿真结果也能够充分说明单台熔断器的电流量逐渐增加, 整定熔断器则是在0.1s或者较短时间范围之间发生了不平衡的保护操作, 只要是这种故障是一种击穿故障, 那么不平衡保护则属于一级保护, 这是后备保护的责任就落到了熔断器身上, 这期间的不平衡保护与熔断器相比较, 其灵敏度更高。[8]按照现阶段的接线要求来增加不平衡保护的实际定植, 从而实现熔断器和保护延时的互相配合。在现阶段的故障保护和相应的配合工作中, 击穿故障一旦发生, 中性点的电流就会瞬间增大, 着就和故障时的电流有较大的关系, 为了最大限度的保证不平衡保护电流的实际需求, 可以使用一次额定电流超过40A的中性电流互感器。根据相关的理论知识分析得知, 电流极限值可能会有一倍的增长空间, 同时裕度也会有所增加, 要从根本上减少这种故障的出现, 应该对保护装置进行调整, 进而弥补不平衡电流灵敏度不够的问题。

3 结语

综上所述, 在以35kv并联电容器组进行系统的数学建模分析的情况下, 详细的对电容器和内熔丝出现的种种问题进行了详尽的分析和探求。并根据数学仿真所提供的数据, 对电容器的保护装置运作进行的调整, 从而加强了数值仿真的程度, 从而较客观全面的对机理变化的故障进行了解, 并选择有效的方式加以解决, 保证35kv并联电容器能够更加稳定的运行和发展。[10]

摘要：随着现代经济社会的不断发展, 电力自从运用在生产领域之后, 便成为当今人们生活以及生产领域中运用较为普遍的一种能源, 在交通运输业、工农业、科学技术、国防以及人民生活中都得到了较为普遍的运用。本文主要从35kv并联电容器在运行过程中出现的故障做出了仿真分析, 并对其出现故障的原因进行了系统的阐述, 从根本上提出了电容器保护的相关的措施, 从而为经济发展和社会进步提供更多的能源和动力支持。

关键词：并联电容器,故障分析,建模仿真

参考文献

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[4] 陈志钊.10k V并联电容器组的故障分析及应对措施[J].广东输电与变电技术, 2008, 01:26-29.

[5] 韩旭, 张福民, 段晓波, 周文, 贾萌.一起35k V补偿电容器的故障分析及改进措施[J].电力电容器与无功补偿, 2013, 03:50-54.

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[9] 罗容波, 王岩, 李慧.500k V变电站35k V电容器组在线监测[J].中国电力, 2012, 08:28-31.

建模与仿真案例教学论文范文第3篇

一、CATIA软件简介

CATIA是法国的索达公司开发的CAD/CAM/CAE集成软件, 是PLM协同解决方案的重要组成部分。该软件具有强大的曲面设计功能, 广泛应用于航空航天、汽车、机械制造等诸多领域。CATIAV5可以仿真产品开发过程的各个方面, 并且可以实现工程师和非工程师之间的电子通信。新的V5版本界面更加友好, 功能更强大, 并且开发了CAD/CAE/CAM软件的全新风格。

二、转向架系统零部件建模

本文以某企业生产的209P型转向架为例建立模型。该转向架系统由五部分组成:构架组成、导柱式轮对轴箱定位装置、摇枕弹簧装置、基础制动装置、5kW轴端发电装置, 零部件较多。因此, 在零部件建模之前, 对主要零部件进行了简单的分析, 尽量使复杂的结构由CATIA的基本特征要素组成, 合理选择建模顺序, 使建立的模型具有稳定及可修改性。利用CATIA软件提供的拉伸、旋转、放样、打孔和倒角等功能, 建立了转向架系统的实体模型。

(一) 构架组成建模

对构架组成的所有零部件, 包括构架、接地线座、制动吊座、安全吊安装座板, 牵引拉杆座、发电机吊架以及一些固定用的轴板等进行建模。其中核心部件构架的模型如下图1所示。

(二) 导柱式轮对轴箱定位装置建模

对导柱式轮对轴箱定位装置的所有零部件, 包括轮对组成、轴箱装置、轴箱弹簧、弹性定位套组成以及导柱等进行建模。其重要零部件轮对和轴箱建模如下图2所示。

(三) 摇枕弹簧装置建模

对摇枕弹簧装置的所有零部件, 包括摇枕组成、摇枕弹簧装置、安全吊、牵引拉杆组成、弹簧托梁组成等近90个零部件组成, 核心零部件摇枕组成、摇枕弹簧装置等的建模如下图3所示。

(四) 基础制动装置建模

对基础制动装置的所有零部件, 包括制动缸组成、杠杆组成、闸片托组成以及杠杆吊座等进行建模。

三、转向架系统装配体的生成

转向架系统零部件模型建立后, 要把这些零部件根据设计需求组装起来, 生成装配体。要在零件之间实现准确的装配要求, 必须首先确定装配层次。依据转向架系统的组成结构, 在装配过程可以分为四个模块进行, 首先完成转向架组成模块划分, 然后再对其余三个模块包括轮对箱定位装置、摇枕弹簧装置以及基础制动装置进行模块划分。

再用CATIA中的接触、相合、角度以及距离等功能完成各模块的子装配体装配, 最后完成总体装配。其装配图如下图4所示。

四、转向架虚拟仿真实训教学平台

利用第三方VR软件Unity3D综合虚拟现实、多媒体和仿真技术将上一步中建立好的模型调入, 生成交互式的用户界面, 设计开发转向架虚拟仿真教学程序, 部分操作界面如下如图5所示。

五、小结

本系统利用CATIA软件参数化建模手段, 使得产品的改型和优化更方便, 当车型设计有改进时可以通过修改参数的办法快速重新设计, 比之同类系统的使用周期更长, 维护成本低。通过装配和检修两大模块演示转向架结构模拟检修工作过程, 模拟效果逼近真实工况, 有效提高了铁路客车转向架实训教学效率, 有利于培养学生的动手能力, 激发学生的好奇心和求知欲, 锻炼学生的创新能力。

摘要：本文利用CATIA的建模功能, 建立了铁路客车转向架的零部件模型, 根据转向架的结构特点进行了各零部件的分类装配;在此基础上, 利用Unity3D技术开发铁路客车转向架仿真实训系统

关键词：CATIA,铁路客车转向架,三维建模,Unity3D,仿真实训系统

参考文献

[1] 马军, 乔磊, 张嘉鹭, 王柏华.高速动车组转向架系统检修虚拟仿真实验的建设[J].实验技术与管理, 2018, 35 (5) :111-118.

[2] 褚识广, 张志利, 龙勇.基于CATIA的液压缸三维建模和虚拟装配仿真[C].系统仿真技术及其应用, 2010.

[3] 张伟.城市轨道交通车辆转向架虚拟仿真实训技术的研究[J].信息与电脑, 2017, 16:65-66.

建模与仿真案例教学论文范文第4篇

一、MAYA建模与微课的概念

MAYA建模主要包括室内外场景建模、道具建模、人物建模。其建模特点是对点线面进行调节, 均匀、合理的规划布线, 对尺寸又没限定, 只要整体模型比例协调即可。他的快捷键设计很人性化。例如空格键可以切换视图;alt加鼠标左中右键能控制画面的旋转平移大小等;很多的命令通过ctrl、shift和鼠标的搭配即可完成。而且MAYA软件建模方法较多, 有polygons建模、Nurbs建模、subdivs建模、雕刻建模。制作者可以根据自己的喜好来灵活运用。

自2011年“微课”概念在国内被首次提出以来, 微课作为一种新型的教育信息资源形式就以其“主题突出、短小精悍、交互性好、应用面广”等特点被广泛认可, 微课概念在教育领域迅速传播, 相关实践和应用也迅速展开。

二、MAYA建模课程教学存在的问题

1、课程周期长, 课时少

目前MAYA是动画专业的常用软件, 在重学历的教育理念下课时却不多。往往设置为128节左右, 而且课程不集中上, 而是分成每周8节来上。这就存在一个问题, 课程看似上了一个学期, 但是每周只上一天, 前一周刚产生兴趣, 一周后又要重新拾起, 很不利于学生的学习。

2、英文界面造成入门难

MAYA软件目前市面上的公司基本使用英文版本, 稳定性好。但是在学习过程中部分学生词汇量不够, 一开始就对软件产生了反感情绪, 这一步起就无法再进行下一步的教学了。

3、教学设备更新慢

MAYA软件对电脑硬件要求较高, 很多院校对于小学科资金投入较少, 投入一次以后多年不更新换代, 导致了软件教学相对落后。且教师通过培训获得了新的技术和知识不能及时的传达给学生。

4、课程设计缺少实战项目

课程中大多数教师都能将基础的命令和操作技巧传授给学生, 但由于MAYA建模课程通常采取讲、做循环的方式教学, 看似有实质性的案例, 但是不是实战项目。对于学生来讲, 课程就成了单纯的模仿制作, 枯燥乏味, 缺少真实案例的讲解, 不能激发学生的积极主动性。

5、脱离生产实际

教学活动与动画市场的人才需求相脱离。实际的教学活动中, 教师主要以基本的建模、材质、灯光、动画、渲染等为主要讲授内容, 讲哪个模块直接讲例子, 不同模块之间的案例讲解联系性差, 没有从头到尾让学生做一个完整的案例, 不利于学生去有选择性的学习模块。

三、结合微课改善MAYA建模课程教学的弊端

大多院校在开展MAYA建模教学中, 教师仍以灌输、讲做式的教学方法为主, 学生学习极为被动。那么如何更好的解决MAYA教学中的这些问题呢?在确保学生熟练掌握MAYA建模的相关知识的同时, 又能利用软件达到模型制作的目标, 就需在教学中引入相应的教学手段, 如利用微课视频将教学知识点展现出来。微课一般微课时间为5~8分钟, 适用于讲授类、问答类、启发类或讨论类等课堂教学类型。而且循环的观看学习, 可以弥补学生无法及时反馈的缺陷, 使学生的可持续学习得以延伸。那么根据MAYA课程的特点, 教师在制作微课时, 需要考虑以下几个点:

1、初期学MAYA建模时需要录制的内容

学生在学习最初接触MAYA时会对复杂的界面感到困惑, 即使照着老师的做法也会出现各种各样的问题, 例如:摁了一些快捷键, 命令输入不了, 出现了不想要的效果等等问题。老师应该将这些最容易出错的问题和知识点录制成小视频, 提供给学生, 他们在遇到问题是就可以自己找到解决方法了。

2、中期学MAYA建模时需要录制的内容

基本命令灵活掌握后, 教师就要录制一些明确、详细、可操作的课程案例的步骤和方法, 案例的选择上必须要内容广泛, 避免单一性。使学生掌握的知识点都能运用到案例中, 加强学习的深度。

3、后期学MAYA建模时需要录制的内容

根据学生不断地操作练习, 教师可以看到学生的学习进度和层次, 为学生留自主练习的大作业。该类视频, 可以总结一下留得作业都需要用到什么命令及如何在制作的方法。学生在做大作业的时候, 不懂得可以反复的看视频的讲解, 并能带动学生的积极性主动去钻研, 避免了经常问经常忘的现象。在工作中遇到相同的问题就可以翻阅视频观看。

四、结语

笔者在长期的MAYA建模教学中得出, 利用微课的教学手段是可以有效解决大多数学生不爱学、学不懂、不会做等问题的。微课将教学中的重点与难点利用短短的几分钟讲解清楚, 学生不会感觉反感, 而且还会记得很牢, 改善了以往讲、做的教学方法和模式, 提高了学生的学习兴趣, 使他们主动去学习。此外, 教师应该与时俱进, 注意微课的创新性, 录制的视频不能一直使用不更换, 要根据市场的变化和工作岗位的需求进行调整。总之, 利用好微课教学, 能够推动知识有效的传授和学习者的学习观建立, 教师应在熟练掌握教学内容的基础上, 将微课融入到课堂教学, 提高教学质量。

摘要：当前MAYA建模课程教学中存在一些问题, 学生学习兴趣缺失、教学脱离生产实际等问题尤为突出。究其原因, 在于教学中未能采取有效的教学手段与方法, 制约了教学质量的进一步提高。因此, 该文提出MAYA建模课程与微课教学相结合, 对教学中存在的问题进行探析。

建模与仿真案例教学论文范文第5篇

本文从实际出发, 将某数控磨床的床身设计成具有筋板的框形结构, 合理的选择筋板的布局形式不但可以提高床身的动态特性, 而且可以节约材料和降低生产成本。

1 床身的建模与分析

1.1 数控磨床简介

该数控磨床是一种五轴数控磨床, 包括X、Y、Z三个进给轴、砂轮主轴和工件主轴, 砂轮最大磨削速度为40m/s。该数控磨床由床身、X、Y、Z三个方向的工作台、砂轮主轴箱和工件主轴箱等部件组成, 运动部件总重量约1.8t。

1.2 床身的实体建模及简化

首先根据该数控磨床的总体方案, 应用Pro/E软件建立床身的三维实体模型, 然后将床身模型导入到ANSYS软件中, 并利用ANSYS强大的有限元前处理功能对床身进行有限元模型的建立。在建模时应该注意, 为减少计算量, 提高计算速度, 须对模型进行一系列的简化, 例如:去掉外部挡板;去掉安装定位用的螺钉、螺栓孔;去掉结构中的倒角、小台阶和某些小孔, 这些结构对实际的分析影响很小。预设置的床身材料为铸铁HT150, 密度为7.210-9kg/mm3, 泊松比为0.27, 弹性模量为1.55105MPa。

1.3 床身内部筋板的布局分析

该数控磨床在工作时, 主要受到水平方向的径向磨削力和垂直方向的主磨削力以及运动部件自重的作用, 使数控磨床床身在水平面和垂直面内发生弯曲, 以及在这些分力联合作用下的扭转。因此, 为了提高数控磨床床身的抗弯和抗扭刚度, 我们在设计数控磨床床身截面时, 应合理布局床身内部筋板的结构形式, 并且在满足使用、工艺的前提下, 应采用空心截面。

经过分析, 床身内部筋板的布局形式呈网格分布, 主要分垂直导轨和平行导轨两个方向。在垂直导轨方向上, 所有筋板均匀分布, 共6条筋板。在平行导轨方向上, 有两种情况:一是所有筋板均匀分布, 其分布截面图如图1 (1) 所示, 共4条筋板;一是筋板设置在导轨下, 其余筋板均匀分布, 其分布截面图如图1 (2) 所示, 共5条筋板。

1.4 床身的受力分析

数控磨床床身的受力分析对数控磨床的性能是至关重要的, 磨床其它部件受力的大小是随床身受力变化而变化的。取该数控磨床常用加工状态 (磨削工件材料:高速钢, 切削液:乳化液, 磨削线速度:30m/s) 下的主磨削力以及运动部件自重作为床身有限元分析的载荷F, 即F=主磨削力 (1167N) +运动部件自重 (18000N) =19167N。将载荷F平均分配到床身导轨的各滑块上, 分析滑块分别位于前、中、后不同工作位置时床身的变形量, 并且以最大变形最小为确定要素来设计床身, 最终确定床身的设计方案。

经过分析, 在垂直导轨方向上, 所有筋板均匀分布, 床身的受力均匀, 变形最小。在平行导轨方向上, 我们将筋板设置在导轨下, 支撑点位于筋板下方, 滑块分别位于前、中、后3点的床身受力分析结果和筋板均布, 支撑点位于筋板下方, 滑块分别位于前、中、后3点的床身受力分析结果进行了比较, 为了更清晰的表达最大变形何时最小, 现特将这两种筋板布局型式下床身的最大变形量列表说明, 如表1所示。

由表1可以看出, 当筋板不同布局时, 床身的最大变形量只相差0.001213mm (也就是约1) , 变形量相差极小, 考虑到床身是铸造成型的, 从铸造工艺性角度看, 当所有筋板均匀分布时, 铸造结构简单, 生产成本低, 加工效率高, 因此, 我们选择在平行导轨方向上和垂直导轨方向上, 所有筋板都均布来作为该数控磨床床身的设计方案。

2 结语

本文通过对某数控磨床床身进行三维实体建模和有限元分析建模, 分析了其床身筋板的不同布局型式, 并对其进行受力分析。经过分析, 在垂直筋板方向上, 所有筋板均匀分布受力变形最小;在平行筋板方向上, 所有筋板均匀分布和筋板设置在导轨下两种情况的受力变形相差不大, 综合考虑床身的铸造工艺性, 在两者受力变形相差不大的情况下, 我们选择在垂直筋板方向上和平行筋板方向上, 所有筋板都均匀分布来设计数控磨床床身, 这对数控磨床床身的加工制造提供了非常重要的现实意义。

摘要：本文通过建立某数控磨床床身的三维实体模型和有限元分析模型, 对筋板不同布局型式下的床身进行受力分析, 最终以最大变形最小为影响要素确定了合理的数控磨床床身设计方案, 这对数控磨床床身的加工制造提供了非常重要的现实意义。

关键词：数控磨床床身,建模,筋板布局,受力分析

参考文献

[1] 王延忠, 唐超权, 刘强, 等.基于有限元方法的机床床身热特性参数化分析[J].机床与液压, 2007, 35 (8) .

[2] 魏艳春.基于有限元分析的球面铣磨机床床身结构动态优化设计方法研究[J].广西轻工业, 2009, 5:40～41.

建模与仿真案例教学论文范文第6篇

一、系统的整体设计

基于STC15的智能保洁机器人设计主要分为以下三个部分进行研究, 分别是:微控制器、数据采集以及机械控制。首先通过信息采集传感器采集到相应的数据之后在进行处理之后, 传送到微传感器STC15, 经过算法处理之后, 使用机械控制进行清扫, 最后会根据实际的采集环境指数, 来确定控制机械的工作时间长短。也就意味着, 一旦打开智能保洁机器人的工作开关之后, 智能保洁机器人就会根据当前所处的环境做出相应的判断之后选出一条最为合适的清洁路线, 开始工作直到保洁完成。完全可以避免人为的干涉实现自主作业。

二、系统的硬件设计

以下主要从微控制器STC15的特征、测距模块、灰尘采集以及清扫系统四个方面对于基于STC15的智能保洁机器人系统中的硬件设计展开详细的分析, 以下为详细内容。

(一) 微控制器STC15的特征

在对智能保洁机器人系统的设计过程当中, 首先需要考虑的是遇到不同种类型、不同数量障碍物时, 所使用的算法的复杂性和运算速度, 基于STC15的智能保洁机器人的系统设计主要采用的就是STC15作为主控核心芯片, 主要有以下两个方面的原因:第一, STC15芯片具有高度、可靠、低功耗、强干扰的功能;第二, 要想实现智能保洁机器人的灵活性和可靠性, 就需要使用到PWM算法, 因此就需要采用STC15芯片。

(二) 测距模块

智能保洁机器人在工作的过程当中, 清扫路径的选择、障碍物的避免以及姿态的调整, 都是使用超声波采用的数据进行实现的, 那么此时为了确保数据的精确度, 主要采用的是HC-SRO4超声波模块, 因其具有性能稳定, 测定距离准确的功能。HC-SRO4超声波模块应用原理如下:超声波脉冲回波渡越时间法。

(三) 灰尘采集

智能保洁机器人所清洁的同一环境当中, 在不同区域的灰尘浓度也有较大的差异, 此时为了有效的提高机器人的工作效率, 就需要从灰尘的浓度入手, 如果某一个区域的浓度低于某个值, 那么机器人就可以不清洁该区域。因此就需要对于空气当中的灰尘浓度进行采集, 所使用的灰尘传感器为Dust sensor。

(四) 清扫系统

清扫系统主要有8个组件构成:4个正方向清扫部件以及4个斜方向清扫部件。清扫系统是确保机器人清洁效率的重要前提。与此同时, 也需要在智能保洁机器人的中心位置安装小功率的吸尘器, 确保能够彻底的清洁环境。

三、系统软件设计

以下主要从主程序流程、测距、灰尘采集这三个方面对于基于STC15的智能保洁机器人系统软件的设计展开详细的分析, 以下为详细内容。

(一) 主程序流程

智能保洁机器人系统软件部分, 主要是基于Keil编译环境, 使用C语言而编程的。在系统响应阶段, 机器人处于静止状态, 这段时间内会根据超声波所采集到的数据进行分析, 之后在作业时间遍历清洁路径, 这个过程当中也会对周围的环境进行实时采集信息, 知道最后的清洁完成。

(二) 测距

智能保洁机器人在工作的过程当中, 测距子程序是确保机器人正常工作的主要部分, 其作用不仅仅在于帮助机器人避免障碍, 更是基于所采集到的信息的基础之上对本身的姿态好工作状态进行碎石调整, 最终确保正常作业。

(三) 灰尘采集

最后就是灰尘的采集。这是衡量智能保洁机器人最终工作结果的重要因素。在初始胡的过程当中, 主要是通过控制口、寄存器、标志位分别进行设置, 在采集到了相对应区域的灰尘浓度之后, 与标准环境下的灰尘浓度相比较, 如果高于标准浓度, 则需要重新对此区域进行清洁, 如低于, 则无必要。

四、仿真分析

在之后对智能保洁机器人的仿真实验当中, 可以看出, 障碍物的分布直接影响到了机器人的实际行走路径以及工作效率。为了方便计算, 就需要将机器人的清洁区域定在30*15的方格中间, 基于大量的实验结果当中会发现, 在障碍物较多的情况之下, 机器人覆盖率会达到98%以上, 而路径的重复率则达到了7%左右。由此可以看出, 这种算法大大提高了机器人的工作效率, 因而该种设计也是可行的。

五、小结

总而言之, 本文主要从四个方面对于基于STC15的智能保洁机器人的设计与仿真展开了分析探究, 可供相关人士参考。

摘要：随着人们生活水平的提高和生活节奏的不断加快, 智能化越来越贴近与人们的生活。而智能保洁机器人的出现, 更是满足了人们生活当中的需求。所谓的智能保洁机器人, 指的就是以保洁为目的, 降低人们的劳动力度。而基于STC15的保洁机器人, 更是能够有效的提高工作效率和清洁能力, 不仅有效节约了资源成本, 更是大大增加了稳定性。本文主要对于基于STC15的智能保洁机器人的设计与仿真展开详细的分析, 以下为详细内容。

关键词：智能保洁机器人,STC15单片机,信息采集传感器,仿真设计

参考文献

[1] 朱嵘涛, 徐爱钧, 叶传涛.基于STC15单片机的无线遥控智能小车的设计[J].电脑知识与技术.2014 (14) .

[2] 李海, 费丽君, 石文强, 刘明玉.基于STC15单片机的智能清扫机器人的设计[J].黑龙江八一农垦大学学报.2018 (03) .

[3] 杨凯, 周岳斌.基于STC15单片机的自行车码表设计[J].机械管理开发.2015 (03) .

[4] 常国权, 彭云峰.基于STC15单片机和SYN6288的机床语音报警系统设计[J].电子器件.2015 (03) .