ADAMS參數(shù)化建模及優(yōu)化設計及及

1、第10章 ADAMS參數(shù)化建模及優(yōu)化設計本章將通過一個具體的工程實例，介紹ADAMS/View的參數(shù)化建模以及ADAMS/View提供的3種類型的參數(shù)化分析方法：設計研究(Design study)、試驗設計 (Design of Experiments, DOE)和優(yōu)化分析(Optimization)。其中DOE是通過ADAMS/Insight來完成，設計研究和優(yōu)化分析在ADAMS/View中完成。通過本章學習，可以初步了解ADAMS參數(shù)化建模和優(yōu)化的功能。 ADAMS參數(shù)化建模簡介 ADAMS提供了強大的參數(shù)化建模功能。在建立模型時，根據(jù)分析需要，確定相關(guān)的關(guān)鍵變量，并將這些關(guān)鍵變量設置為

2、可以改變的設計變量。在分析時，只需要改變這些設計變量值的大小，虛擬樣機模型自動得到更新。如果，需要仿真根據(jù)事先確定好的參數(shù)進行，可以由程序預先設置好一系列可變的參數(shù)，ADAMS自動進行系列仿真，以便于觀察不同參數(shù)值下樣機性能的變化。 進行參數(shù)化建模時，確定好影響樣機性能的關(guān)鍵輸入值后，ADAMS/View提供了4種參數(shù)化的方法： （1）參數(shù)化點坐標 在建模過程中，點坐標用于幾何形體、約束點位置和驅(qū)動的位置。點坐標參數(shù)化時，修改點坐標值，與參數(shù)化點相關(guān)聯(lián)的對象都得以自動修改。 （2）使用設計變量 通過使用設計變量，可以方便的修改模型中的已被設置為設計變量的對象。例如，我們可以將連桿的長度或彈簧的

3、剛度設置為設計變量。當設計變量的參數(shù)值發(fā)生改變時，與設計變量相關(guān)聯(lián)的對象的屬性也得到更新。 （3）參數(shù)化運動方式 通過參數(shù)化運動方式，可以方便的指定模型的運動方式和軌跡。 （4）使用參數(shù)表達式 使用參數(shù)表達式是模型參數(shù)化的最基本的一種參數(shù)化途徑。當以上三種方法不能表達對象間的復雜關(guān)系時，可以通過參數(shù)表達式來進行參數(shù)化。參數(shù)化的模型可以使用戶方便的修改模型而不用考慮模型內(nèi)部之間的關(guān)聯(lián)變動，而且可以達到對模型優(yōu)化的目的。參數(shù)化機制是ADAMS中重要的機制。 ADAMS參數(shù)化分析簡介參數(shù)化分析有利于了解各設計變量對樣機性能的影響。在參數(shù)化分析過程中，根據(jù)參數(shù)化建模時建立的設計變量，采用不同的參數(shù)值，

4、進行一系列的仿真。然后根據(jù)返回的分析結(jié)果進行參數(shù)化分析，得出一個或多個參數(shù)變化對樣機性能的影響。再進一步對各種參數(shù)進行優(yōu)化分析，得出最優(yōu)化的樣機。ADAMS/View提供的3種類型的參數(shù)化分析方法包括：設計研究(Design study)、試驗設計(Design of Experiments, DOE)和優(yōu)化分析(Optimization)。 設計研究(Design study) 在建立好參數(shù)化模型后，當取不同的設計變量，或者當設計變量值的大小發(fā)生改變時，仿真過程中，樣機的性能將會發(fā)生變化。而樣機的性能怎樣變化，這是設計研究主要考慮的內(nèi)容。在設計研究過程中，設計變量按照一定的規(guī)則在一定的范圍內(nèi)

5、進行取值。根據(jù)設計變量值的不同，進行一系列仿真分析。在完成設計研究后，輸出各次仿真分析的結(jié)果。通過各次分析結(jié)果的研究，用戶可以得到以下內(nèi)容： （1）設計變量的變化對樣機性能的影響。 （2）設計變量的最佳取值。 （3）設計變量的靈敏度，即樣機有關(guān)性能對設計變量值的變化的敏感程度。 試驗設計(Design of Experiments)試驗設計(Design of Experiments, DOE)考慮在多個設計變量同時發(fā)生變化時，各設計變量對樣機性能的影響。試驗設計包括設計矩陣的建立和試驗結(jié)果的統(tǒng)計分析等。最初，所設計的試驗設計（DOE）用在物理實驗上面，但對于虛擬試驗的效果也很好。傳統(tǒng)上的DO

6、E是費時費力的。使用ADAMS的DOE可以增加獲得結(jié)果的可信度,并且在得到結(jié)果的速度上比試錯法試驗或者一次測試一個因子的試驗更快，同時更能有助于用戶更好地理解和優(yōu)化機械系統(tǒng)地性能。對于簡單的設計問題,可以將經(jīng)驗知識,試錯法或者施加強力的方法混合使用來探究和優(yōu)化機械系統(tǒng)的性能。但當設計方案增加時,這些方法也就不能得出快速地、系統(tǒng)化公式化的答案。一次改變一個因素（也稱設計參數(shù)，F(xiàn)actors）不能給出因素之間相互影響的信息,而進行多次仿真同時測試多個不同的因素會得到大量的輸出數(shù)據(jù)讓用戶評估。為了減少耗時的工作，ADAMS/Insight提供一個定制計劃和分析工具來進行一系列的試驗，并且ADAMS/

7、Insight幫助確定相關(guān)的數(shù)據(jù)進行分析,并自動完成整個試驗設計過程?？偟恼f來，ADAMS中的DOE是安排試驗和分析試驗結(jié)果的一整套步驟和統(tǒng)計工具，試驗的目的就是測量出虛擬樣機模型的性能,制造過程的產(chǎn)量,或者成品的質(zhì)量。DOE一般有以下五個基本步驟：（1）確定試驗目的。例如,想確定那個變量對系統(tǒng)影響最大。（2）為系統(tǒng)選擇你想考察的因素集,并設計某種方法來測量系統(tǒng)的響應。（3）確定每個因素的值,在試驗中將因素改變來考察對試驗的影響。（4）進行試驗,并將每次運行的系統(tǒng)性能記錄下來。（5）分析在總的性能改變時，哪些因素對系統(tǒng)的影響最大。對設計試驗的過程的設置稱為建立矩陣試驗（設計矩陣）。設計矩陣的列

8、表示因素，行表示每次運行，矩陣中每個元素表示對應因素的水平級（即可能取值因子，Levels），是離散的值。設計矩陣給每個因素指定每次運行時的水平級數(shù)，只有根據(jù)水平級才能確定因素在運算時的具體值。創(chuàng)建設計矩陣通常有五種方法，這五種的目的和特點各有所區(qū)別：Perimeter Study：測試分析模型的健壯性。DOE Screening (2-level)：確定影響系統(tǒng)行為的某因素和某些因素的組合;確定每個因素對輸出會產(chǎn)生多大的影響。DOE Response Surface(RSM)：對試驗結(jié)果進行多項式擬合。Sweep Study：在一定范圍內(nèi)改變各自的輸入。Monte Carlo：確定實際的變化

9、對設計功能上的影響。創(chuàng)建好設計矩陣后，用戶需要確定試驗設計的類型。在ADAMS/Insight中有六種內(nèi)置設計類型來創(chuàng)建設計矩陣,也可以導入自己創(chuàng)建的設計矩陣?？梢宰杂蛇x擇設計矩陣，為系統(tǒng)創(chuàng)建最有效率的試驗。當使用內(nèi)置的設計類型時,ADAMS/Insight根據(jù)選擇的設計類型生成相應的設計矩陣。這六種設計類型是Full Factorial、Plackett-Burman 、Fractional Factorial、Box-Behnken Central、 Composite Faced(CCF)、D-Optimal。（1）Full Factorial是所有設計類型中綜合程度最高的,使用到了因素

10、水平的所有可能的組合。（2）Plackett-Burman設計類型適用于在大量的因素中篩選最有影響的因素。該設計所需要的傳統(tǒng)設計類型運行的次數(shù)最少,但不允許用戶估計這些因素之間的相互的影響。（3）Fractional Fractorial和Plakett-Burman使用的是Full Factorial專門的子集,因而也被看作減化的Factorial。它普遍用于篩選重要變量并主要用于兩水平的因素,能夠估計其對系統(tǒng)的影響。（4）Box-Behnken設計類型使用設計空間中平面上的點。這樣該設計就適用于模型類型為二次的RSM試驗。Box-Behnken對每個因素需要三個水平。（5）CCF（Cent

11、er Composite Faced）設計類型使用的是每個數(shù)據(jù)軸上的點(開始點),以及設計空間的角點(頂點),和一個以上的中心點。CCF比Box-Behnken相比較運行的次數(shù)更多。CCF適用于二次RSM試驗的模型類型。（6）D-Optimal設計類型產(chǎn)生的是將系數(shù)不確定性降到最低的模型。這種設計類型由根據(jù)最小化規(guī)則從大量候選因素中隨機抽取的行所組成。D-Optimal指明了在試驗中運行的總次數(shù),將以前試驗中已存在的行提供給新的試驗,并對每個因素指定不同的水平。這些特性使得D-Optimal在很多情況，特別是在試驗費用驚人的情況下，成為最佳選擇,。 優(yōu)化分析(Optimization)優(yōu)化是指

12、在系統(tǒng)變量滿足約束條件下使目標函數(shù)取最大值或者最小值。目標函數(shù)是用數(shù)學方程來表示模型的質(zhì)量、效率、成本、穩(wěn)定性等。使用精確數(shù)學模型的時候，最優(yōu)的函數(shù)值對應著最佳的設計。目標函數(shù)中的設計變量對需要解決的問題來說應該是未知量，并且設計變量的改變將會引起目標函數(shù)的變化。在優(yōu)化分析過程中，可以設定設計變量的變化范圍，施加一定的限制以保證最優(yōu)化設計處于合理的取值范圍。另外對于優(yōu)化來說，還有一個重要的概念是約束。有了約束才使目標函數(shù)的解為有限個，有了約束才能排除不滿足條件的設計方案。通常，優(yōu)化分析問題可以歸結(jié)為：在滿足各種設計條件和在指定的變量變化范圍內(nèi)，通過自動地選擇設計變量，由分析程序求取目標函數(shù)的最

13、大值或最小值。雖然Insight也有優(yōu)化的功能，但兩者還是有區(qū)別，并且互相補充。試驗設計主要研究哪些因素的影響比較大，并且還調(diào)查這些因素之間的關(guān)系；而優(yōu)化分析著重于獲得最佳目標值。試驗設計可以對多個因素進行試驗分析，確定哪個因素或者哪些因素的影響較大，然后，可以利用優(yōu)化分析的功能對這些影響較大的因素進行優(yōu)化，這樣可以達到有效提供優(yōu)化分析算法的運算速度和可靠性。參數(shù)化建模應用實例由于多體動力學仿真系統(tǒng)是復雜的系統(tǒng)，仿真模型中各個部件之間存在著復雜的關(guān)系，因此在仿真建模的時候需要提供一個良好的創(chuàng)建模型、修改模型機制，在對某個模型數(shù)據(jù)進行改變時，與之相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)也隨之改動，并最終達到優(yōu)化模型的目的。

14、ADAMS為多體動力學仿真建模提供了這樣一個機制參數(shù)化建模機制，它為用戶設計、優(yōu)化模型提供極大的方便。在節(jié)中，對參數(shù)化建模做了簡要的介紹，本節(jié)將主要以雙擺臂獨立前懸架運動學模型為例，著重介紹參數(shù)化點坐標的方式參數(shù)化建模。 雙擺臂獨立前懸架拓撲結(jié)構(gòu)雙擺臂獨立前懸架系統(tǒng)主要部件有上擺臂（UCA，Upper Control Arm）、下擺臂（LCA，Lower Control Arm）、轉(zhuǎn)向節(jié)（Knuckle）、橫向拉桿（Tie Rod）、測試臺（Test Plane）、地面（Ground，由于車身固定在地面上，因此車身和地面為一體），它們之間由鉸鏈聯(lián)接，并提供給其一個位移驅(qū)動，使其能繞軸上下轉(zhuǎn)動。

15、其聯(lián)接關(guān)系圖如下:圖 模型拓撲結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)環(huán)境設置（1）設置工作平面。這里設置XOZ為工作平面。設置方式如下，進入菜單settings、working grid，見圖10-2。在彈出對話框中選擇Gloab XZ（圖10-3）在主工具箱，點擊視圖設置（圖10-4）。 圖10-2 圖10-3 圖10-4 圖10-5（2）單位設置。點擊菜單命令SettingsUnits，選擇MMKS。（3）消息窗口設置。點擊菜單命令ViewMessage Window，在彈出對話框中點擊左下角按鈕Setting，彈出圖10-5所示對話框，選擇Error。 雙擺臂獨立前懸架參數(shù)化建模采用參數(shù)化點的方式來建模時，參數(shù)化點

16、主要提供多體系統(tǒng)模型中各個對象（部件、約束、標架、力、力元等）的位置坐標，修改對象通過修改這些參數(shù)化點來完成。因此在參數(shù)化點方式參數(shù)化建模時，參數(shù)化點是最基本的要素。參數(shù)化點方式建模的步驟大致為：確立參數(shù)化點-創(chuàng)建參數(shù)化點-創(chuàng)建模型部件-創(chuàng)建聯(lián)接關(guān)系-創(chuàng)建驅(qū)動、力或者力元。（1）確定參數(shù)化點對于本節(jié)雙擺臂獨立前懸架系統(tǒng)，參數(shù)化點的確立主要考慮兩個方面：1能為模型對象位置和方向定位；2根據(jù)點能創(chuàng)建模型可視化幾何實體。根據(jù)以上兩原則，由模型的拓撲結(jié)構(gòu)可得到下參數(shù)化表：表10-1 模型的參數(shù)化表序號名稱坐標值（X, Y, Z）說 明1lca_r_center , 下擺臂后端與車體鉸鏈聯(lián)接點2lca_

17、f_center, , 下擺臂前端與車體鉸鏈聯(lián)接點3lca_knuckle, , 轉(zhuǎn)向節(jié)與下擺臂鉸鏈聯(lián)接點4uca_r_center, , 上擺臂后端與車體鉸鏈聯(lián)接點5uca_f_center, , 上擺臂前端與車體鉸鏈聯(lián)接點6uca_knuckle, , 轉(zhuǎn)向節(jié)與上擺臂鉸鏈聯(lián)接點7tierod_middle, , 左橫向拉桿與車體鉸鏈聯(lián)接點8tierod_knuckle, , 轉(zhuǎn)向節(jié)與橫向拉桿鉸鏈聯(lián)接點9hookref，定位萬向節(jié)（車體上）Z方向點10knuckle_center, , 轉(zhuǎn)向節(jié)中心點11wheel_center, , 輪中心點12wheel_outer, , 定義輪幾何實體輔

18、助點13wheel_inner, , 定義輪幾何實體輔助點14test_plane, , 測試臺與轉(zhuǎn)向節(jié)鉸鏈聯(lián)接點（2）創(chuàng)建參數(shù)化點創(chuàng)建參數(shù)化點在ADAMS/View中有兩種方式，一種是通過主工具箱中快捷圖標創(chuàng)建，另外一種方式是通過“Tool”菜單中的”Command Navigator”來創(chuàng)建。見圖10-6 通過快捷圖標創(chuàng)建 通過菜單命令創(chuàng)建圖10-6 創(chuàng)建參數(shù)化點在本節(jié)示例中，我們采用后一種方式創(chuàng)建，即菜單命令。隨后出現(xiàn)Command Navigator對話框，找到其中的point,點擊前面“+”號展開，在展開后的列表中雙擊create，見圖10-7，這時系統(tǒng)彈出創(chuàng)建點對話框（圖）。 圖1

19、0-7創(chuàng)建點命令 圖10-8 創(chuàng)建點對話框圖10-8所示對話框中第一個編輯框為點的名字，在編輯框中輸入為.；Comments表示對這個點的注釋；在Location這一欄中根據(jù)表中提供的數(shù)據(jù)輸入點的坐標“ , ”；最后一個編輯框是選擇參考標架，如果選擇有參考標架，則說明該點的坐標是在參考標架里的坐標，如果不填則視為全局標架下的坐標。點擊Ok，并重復上述步驟創(chuàng)建剩下的點，或者點擊Apply，直接改動名字，輸入坐標。創(chuàng)建完成后，界面上會出現(xiàn)圖標，這表示創(chuàng)建出的點。注意：如果看不到圖標，可以點擊主工具箱中的按鈕“Icon”，或者按“Ctrlv”。（3）創(chuàng)建模型部件1創(chuàng)建空部件在ADAMS中必須先有部件

20、才能為其創(chuàng)建可視化幾何實體。因此我們先創(chuàng)建一個空部件，即沒有任何屬性的部件。先創(chuàng)建上擺臂。進入“Command Navigator”對話框，依次展開“part”、“create”和“rigid_body”，雙擊“name_and_position”，見圖10-9，彈出創(chuàng)建剛體對話框，將部件名字改為.，其余缺省，點擊“OK”，圖10-10。一個名為uca的部件被創(chuàng)建，接下來將創(chuàng)建uca的幾何實體。 圖10-9 創(chuàng)建幾何形體 圖10-10 創(chuàng)建幾何形體對話框2創(chuàng)建幾何實體在“Command Navigator”對話框中展開“geometry”，“create”，“shape”，雙擊“cylinde

21、r”彈出對話框，在名字框可以改動幾何實體的名稱，特別注意的是，一定要將幾何實體創(chuàng)建到它屬于的部件，這里是.。見圖10-11。將光標移到“Center Marker”編輯框中，右擊鼠標選擇“Marker” ，在出現(xiàn)的子菜單中點擊“Create”，彈出創(chuàng)建Marker的對話框,使用缺省名字。見圖10-11。將光標移到”Location“編輯框中，右擊鼠標，選擇“Pick Location”，然后用鼠標在圖形區(qū)中選擇點“uca_knuckle”，在對話框的下拉菜單中選擇“Along Axis orientation”，選擇點“uca_f_center”，見圖10-12。表示創(chuàng)建的Marker“Z”軸

22、方向為點“uca_knuckle”指向點“uca_f_center”方向，這指定了所創(chuàng)建圓柱體的軸線方向。點擊“OK”。圖10-13為選擇好參數(shù)的對話框。注意：Marker是ADAMS中是重要的對象，ADAMS中的幾何實體，約束、力、力元都由Marker定義。我們將根據(jù)已創(chuàng)建成功的參數(shù)化點來創(chuàng)建Marker，這樣當我們修改參數(shù)化點的時候，與之關(guān)聯(lián)的Marker也隨之改動。圖10-11 創(chuàng)建中心標架 圖10-12 圖 10-13回到創(chuàng)建圓柱體的對話框，在長度對話框欄右擊鼠標，選擇“Parameterize”-“Expression build”,在彈出對話框中的下拉菜單選擇“Modeling F

23、unction”，在下面列表中選擇“DM”，用來計算兩點之間距離。點擊按鈕“Assist.”，彈出對話框，在object1編輯框中輸入第一個點“uca_knuckle”，在object2編輯框中輸入“uca_f_center”見圖10-14，10-15。 圖10-14 求兩點距離函數(shù) 圖10-15 輸入兩點關(guān)閉對話框后回到創(chuàng)建幾何實體對話框，在“Radius”編輯欄中輸入15，點擊“OK”，則幾何體創(chuàng)建成功。然后根據(jù)點“uca_knuckle”和“uca_f_center”創(chuàng)建uca部件的另外一個幾何實體。3創(chuàng)建其他部件通過上述方式分別為余下部件創(chuàng)建幾何實體表2 模型部件列表部件Center

24、Marker長度（L）半徑Location Along AxisDM(object1, object2)15LCACylinder1lca_knucklelca_f_centerlca_knuckle , lca_f_center15Cylinder2lca_knucklelca_r_centerlca_knuckle , lca_r_center15tierodCylinder1tierod_knuckletierod_middletierod_knuckle ,tierod_middle15test_planeCylinder1test planewheel_center 20120Knu

25、ckleCylinder1knuckle_centeruca_knuckleknuckle_center, uca_knuckle15Cylinder2knuckle_centerlca_knuckleknuckle_center, lca_knuckle15Cylinder3knuckle_centertierod_knuckleknuckle_center, tierod_knuckle15Cylinder4knuckle_centeruca_knuckleknuckle_center, uca_knuckle15WheelCylinder1wheel_centerwheel_inner

26、70300Cylinder2wheel_centerwheel_outer 70300LocationAlong Axis長度頂端半徑底端半徑Frustum1wheel_outerwheel_center-30270300Frustum2wheel_innerwheel_center-30270300注意：1在此模型中，我們規(guī)定輪與轉(zhuǎn)向節(jié)之間沒有轉(zhuǎn)動，兩者屬于同一部件； 2在創(chuàng)建每個幾何實體前必須先創(chuàng)建一個空部件。最終形成圖10-16所示的仿真模型。圖10-16 模型生成圖（4）創(chuàng)建約束1進入“Command Navigator”對話框，展開“constraint”、“joint”，雙擊“sp

27、herical”。2在彈出對話框的I、J part Name編輯框中分別輸入uca和knuckle，在“l(fā)ocation”編輯框中選擇點uca_knuckle見圖10-17所示，點擊“ok”完成創(chuàng)建。圖10-17 創(chuàng)建約束對話框3在橫向拉桿（tierod）和車體（ground）之間由萬向節(jié)聯(lián)接，由于創(chuàng)建萬向節(jié)比其他約束困難，這里將其創(chuàng)建過程描述如下：進入“Command Navigator”對話框，展開“constraint”、“joint”，雙擊“hook”。彈出創(chuàng)建對話框（圖10-18），在下拉菜單中選擇“Position By Using Markers”，通過Marker來為鉸定向。圖

28、10-18 選擇I、J標架I Marker Name編輯框中右擊選擇“Marker”、“Create”，彈出創(chuàng)建Marker對話框，這里先創(chuàng)建屬于地面的I Marker，它的Z軸為水平方向.將名字改為“，在“Location”中選擇點tierod_middle，下拉菜單中選擇“Along Axis Orientation”，選擇點hookref。點擊“OK”。見圖10-19。圖10-19 創(chuàng)建I標架對話框建橫向拉桿上的J Marker，其Z軸為橫向拉桿的軸線方向。在創(chuàng)建Marker對話框中改名字為“.，在Location編輯框中選擇點tierod_middle，在下拉菜單中選擇“Along A

29、xis Orientation”，選擇點tierod_middle，點擊“OK”。見圖10-20圖10-20 創(chuàng)建J標架對話框鉸創(chuàng)建對話框，點擊“OK”，則完成創(chuàng)建萬向節(jié)。4按照上述方法，創(chuàng)建下表中的約束。表10-3 約束列表鉸類型I PartJ PartLocationAlong Axis Orientation球鉸lcaknuckle球鉸tierodknuckle旋轉(zhuǎn)鉸lcagroundlca_f_centerlca_r_center旋轉(zhuǎn)鉸ucagrounduca_f_centeruca_r_center平移副test_planegroundtest_planewheel_centerin

30、planetest_planeknuckletest_plane（5）創(chuàng)建驅(qū)動1進入“Command Navigator”對話框，依次展開“constraint”、“create”、“joint”，雙擊“motion_generator”，彈出圖10-21對話框。2可以在“Motion name”改變motion的名字。在函數(shù)類型下拉菜單中選擇“Function”，在編輯框中輸入“-100*time+100”。在接下來的兩個下拉菜單中分別選擇“displacement”和“Motion On Joint”。3在Joint Name中選擇測試臺上的平移鉸，在自由度類型下拉菜單中選擇“transl

31、ational”。4點擊“OK”。注意：驅(qū)動有平移和旋轉(zhuǎn)兩種，有點驅(qū)動（加在Marker上）和鉸驅(qū)動（加在鉸上），通過在此加一個平移類型的鉸驅(qū)動，相當于給測試平臺加上一個上下移動的激勵。圖10-21 創(chuàng)建驅(qū)動對話框優(yōu)化設計實例分析 本節(jié)通過對雙擺臂獨立前懸架的參數(shù)化模型來具體說明設計研究、試驗設計和優(yōu)化設計這三種參數(shù)化分析方法。參數(shù)化分析的準備在完成參數(shù)化建模之后， 便可以進行設計研究、試驗設計和優(yōu)化設計這三種參數(shù)化分析了。對于這三種參數(shù)化分析方法，開始的操作步驟是一致的。1參數(shù)化分析操作步驟設計研究、試驗設計和優(yōu)化設計這三種參數(shù)化分析開始的具體操作步驟如下：圖10-22 參數(shù)化分析對話框 （

32、1）在Simulate菜單，選擇Design Evaluation命令，ADAMS/View顯示Design Evalutation Tools對話框。在Model文本對話框內(nèi)自動導入當前所建立的參數(shù)化模型的名稱。也可根據(jù)需要輸入所需分析模型的名稱。 （2）選擇參數(shù)化分析的類型：設計研究(Design Study)，試驗設計(Design of Experiments)，或優(yōu)化分析(Optimization)。ADAMS/View根據(jù)選擇不同的分析類型，分別顯示相應的輸入對話框。（3）在Simulation Script文本輸入框輸入所使用的仿真分析腳本的名稱。（4）選擇測量(Measure)

33、或目標(Objective)確定分析的對象的類型。根據(jù)選擇的分析對象的類型，分別顯示相應的輸入對話框。（5）如果選擇測量(Measure)，在選擇框，選擇測量的類型：最后一次運算的值(Last Value)、最小值(Minimum)、最大值(Maximum)、平均值(Average)。并且在右邊的文本對話框，輸入測量的名稱。（6）如果選擇的對象類型是目標(Objective)，在Objective文本對話框，輸入目標的名稱。對于優(yōu)化分析，只能輸入一個目標。對于設計研究和試驗設計，可以輸入多個目標。當輸入多個目標時，用逗號分隔目標名。（7）參數(shù)化分析結(jié)果的保存。圖10-23參數(shù)化結(jié)果保存對話框選

34、擇將參數(shù)化分析結(jié)果保存到數(shù)據(jù)庫的工具，顯示如圖10-23。在Name對話框，輸入將要保存參數(shù)化分析結(jié)果的名稱。若選擇Auto-Increment Name，在保存參數(shù)化分析結(jié)果時，ADAMS/View根據(jù)保存的順序，自動在名稱末尾加一個序號。（8）參數(shù)化分析結(jié)果的刪除。在處點擊鼠標右鍵，選擇刪除參數(shù)化分析結(jié)果工具，通過在數(shù)據(jù)庫瀏覽器中選擇希望刪除的參數(shù)化分析結(jié)果。選擇OK按鈕，刪除所選擇的仿真結(jié)果。（9）參數(shù)化分析結(jié)果曲線的繪制。選擇繪制結(jié)果工具，顯示如圖10-24所示對話框。圖10-24 參數(shù)化曲線圖對話框在Result Set對話框，輸入繪制曲線圖的參數(shù)化分析結(jié)果名稱。若選擇Measure

35、/Objective vs. Run選項，繪制測量對象與變量值、試驗數(shù)迭代數(shù)的曲線圖。若選擇Measure vs. Time For All Runs選項。繪制測量對象與時間的曲線圖。10）參數(shù)化結(jié)果報表顯示。選擇表格報告工具，顯示如圖10-25所示產(chǎn)生表格報告對話框。圖10-25 產(chǎn)生表格報告對話框在Result set對話框，輸入用表格顯示的參數(shù)化分析結(jié)果名稱。在Column Width對話框，輸入表格列的寬度。在Precision對話框，輸入表格中數(shù)值的精度。在Format欄選擇選擇表格中數(shù)值的格式。Automatic：程序根據(jù)表格中數(shù)值的位數(shù)和表格的寬度，自動選擇使用指數(shù)形式還是固定格

36、式表示表格中的數(shù)值。Exponential：采用指數(shù)形式表示表格中數(shù)值。Fixed：采用固定格式表示表格中的數(shù)值。若需將表格輸入到一個文件中，可以在File Name輸入文件名。若在信息窗口顯示表格，可以選擇Display in Information Window。（11）設計變量值的更新，利用參數(shù)化分析對話框中提供的更新變量工具，設置試驗或迭代時的設計變量值，在Trial對話框，輸入希望使用的試驗或迭代數(shù)。對話框如下圖：圖10-26更新設計變量對話框（12）參數(shù)化分析控制參數(shù)設置，在Settings欄，有3個參數(shù)設置按鈕：Display、Output和Optimizer。選擇Display

37、按鈕，可以顯示在參數(shù)化分析過程中控制顯示方式的參數(shù)設置對話框。圖10-27顯示方式參數(shù)設置對話框選擇Output按鈕，可以顯示控制參數(shù)化分析過程輸出的參數(shù)設置對話框，從中可以選擇是否保存仿真輸出結(jié)果以及以怎樣的文件格式輸出參數(shù)化分析結(jié)果(Save Files)。圖10-28分析過程輸出參數(shù)設置對話框選擇Optimizer按鈕，可以顯示優(yōu)化分析設置對話框，其中：a在Algorithm欄可以選擇優(yōu)化分析的運算法則。b在Tolerance下方的文本輸入框，輸入優(yōu)化分析的收斂允許偏差。c在Max. Iterations欄，輸入最大的迭代次數(shù)。d在Rescale欄，輸入重新調(diào)整的迭代數(shù)，在迭代過程中，達

38、到該迭代數(shù)后將重新調(diào)整設計變量。e在Differencing 選擇欄，選擇采用的差分方法：中心差分法(Centered)，還是向前差分法(Forward)。f在Increment欄，輸入差分的增量。g在Debug選擇項，選擇是否需要跟蹤優(yōu)化分析的輸出。圖10-29優(yōu)化分析設置對話框（13）設置完成后，選擇Start鍵，運行參數(shù)化分析。2目標對象的設置在進行參數(shù)化分析時，需要檢測設計樣機的有關(guān)性能，并將這些目標簡化為ADAMS/View分析時可以計算的單獨變量。在優(yōu)化過程中，稱為目標函數(shù)或目標；在試驗設計中，稱為響應特性。（1）建立測量目標。在建立測量目標時，如果只需要優(yōu)化樣機模型中某點的位置或

39、速度的大小，測量目標很容易建立。一旦建立測量目標涉及到的因素太多，測量目標的建立就較為復雜。根據(jù)建立測量目標的不同要求，需要考慮以下因素：1保持對象在適當位置以避免突然變化。2將運動的最大值保持在較小的范圍內(nèi)。3使部件能迅速地返回指定位置。（2）使用測量（Measure）。在確定了需要計算的對象以后，便需要確定一個測量或目標對象，以便計算各次仿真分析的對象值。在分析中，最簡單的目標對象是使用測量。在運行設計研究、試驗設計和優(yōu)化設計過程中，首先選擇測量，然后根據(jù)對象框提示選擇和輸入是使用最大、最小、平均值還是最后一次仿真分析獲得的測量值作為目標值。使用測量，便于獲得所需的輸出，并且對模型的輸出或

40、其他的測量結(jié)果進行各種運算。（3）使用目標對象（Objective）。在需要對模型的輸出進行復雜的處理和計算的場合可以使用目標對象的方法。ADAMS/View提供了以下幾種可供選擇的目標對象類型：1某個測量的最大值、最小值、平均值或最后一次運算的值。此功能與使用測量時類似，但與使用測量不同的是，使用目標來定義這些對象的優(yōu)點是可以定義多個目標，而測量僅可以定義一個目標。2一組測量分量的最大值、最小值、平均值或最后一次運算的值。3ADAMS/View函數(shù)。使用特定的ADAMS/View函數(shù)對象處理仿真結(jié)果，可以計算任何數(shù)量的模型輸出函數(shù)。在函數(shù)中設有自變量，而自變量取含有結(jié)果的分析對象的名稱，由此

41、將目標函數(shù)對象同ADAMS/View的仿真分析結(jié)果聯(lián)系起來。本章中，通過具體的實例來介紹利用函數(shù)來建立目標對象。4ADAMS/View變量和宏。ADAMS/View執(zhí)行用戶定義的宏，并使用所定義變量的計算值作為目標值。使用宏和變量可以允許執(zhí)行一組ADAMS/View命令來計算目標。（4）產(chǎn)生目標對象 產(chǎn)生目標對象的步驟如下：1在Simulate菜單，選擇Design Objective項，再選擇New命令，顯示產(chǎn)生設計目標對話框，如圖所示。2在Definition by選擇框，選擇使用的對象函數(shù)類型：測量(measure)；結(jié)果分量(Result Set Component (Request)

42、；ADAMS/View函數(shù)(/View Function)；ADAMS/View變量和宏(/View Variable and Macro)。3在Definition by選擇框下面的輸入框，輸入目標對象的名稱。4如果使用測量或結(jié)果分量，在Design Objectives value選擇框，選擇目標對象，最小值(minimum value)、最大值(maximum value)、平均值(average value)或最后一次運算的值(value at simulation end)，5選擇OK按鈕確定。圖10-30產(chǎn)生設計目標對話框在以下各節(jié)中，通過具體實例來說明目標對象的建立。設計研究 設

43、計研究主要是研究哪些設計變量對系統(tǒng)性能影響的靈敏度較高。對設計變量在一定范圍內(nèi)的若干值，ADAMS可以分別取不同值進行自動分析，并完成設計分析報告。 本節(jié)將利用上節(jié)建立的參數(shù)化模型，對該懸架的前束角（Toe_Angle），外傾角（Camber_Angle）進行設計研究，分析哪些參數(shù)對其影響較大。 設計研究的一般步驟是：定義設計變量-定義測量（或目標）-設計研究-得到結(jié)果，具體過程如下：（1）定義設計變量一種是在build菜單選擇Design Variable,在子菜單中選擇New，彈出圖對話框，然后進行變量定義。另外一種是通過選取參數(shù)化點，然后創(chuàng)建設計變量，我們選取后一種方式來定義設計變量。

44、圖（a） 圖（b）圖10-31設計變量的修改本節(jié)將分別根據(jù)參數(shù)化點uca_knuckle、lca_knuckle、tie_knuckle創(chuàng)建三個設計變量。1創(chuàng)建設計變量。在圖形區(qū)，將鼠標移至上擺臂與轉(zhuǎn)向節(jié)鉸接處，單擊右鍵，在彈出菜單中選擇Point:uca_knuckle，在其子菜單中選擇Modify。彈出參數(shù)化點表，在表中找到點uca_knuckle，將光標移至其z坐標處，在對話框上部的編輯框中出現(xiàn)z值“686”。在該編輯框中右擊鼠標，依次選擇Parameterize、Create Design Variable、Real，則創(chuàng)建設計變量，.。同樣根據(jù)lca_knuckle、tie_knuc

45、kle創(chuàng)建設計變量DV_2、DV_3。2修改設計變量。在菜單Build中選擇Design Variable、Modify，彈出圖(a)的對話框，Units中選擇length，Value Range中選擇+/- Delta Relative to Value，在、 Delta編輯框中分別輸入，。選擇Apply鍵確認，并繼續(xù)修改設計變量，所有完成后點擊OK按鈕確認。使用表格編輯器創(chuàng)建和修改設計變量。選擇Tools菜單的Table Editor命令，顯示如圖表格編輯器10-31(b)?？赏ㄟ^編輯器窗口的底部Variable項，顯示所有的變量；Filters項，顯示表格編輯器顯示所有與變量變化有關(guān)的特

46、性，包括：Range、Allowed values和Delta Type等。通過表格改變設計變量的有關(guān)特性，表10-4列出了控制設計變量值的有關(guān)參數(shù)及其說明。表10-4 設計變量值的控制參數(shù)標題功能說明Range包含變量的上限和下限，上下限之間用“，”分開，例如：，Use_Range用于優(yōu)化分析，是否限制參數(shù)變化范圍開關(guān)，輸入yes表示限制，no表示不限制Allowed_Values變量值列表，各變量之間用“，”分開。（NONE）表示沒有列表Use_Allowed_Values是否使用列表參數(shù)開關(guān)，yes表示使用，no表示不使用列表Delta_Type變量范圍的表示方式，分別用absolute

47、、relative、percent_relative表示絕對值、相對值、百分數(shù)相對值（2）定義測量函數(shù)。1創(chuàng)建地面參考標架。在菜單Tools中選擇command Navigator，依次選擇marker、create，彈出創(chuàng)建對話框，改變你想要的名字，其余設置見圖10-32。圖10-32 Marker創(chuàng)建對話框2定義測量函數(shù)。在菜單Build，選擇Measure，F(xiàn)unction，New，彈出對話框（圖10-33）。在Measure Name中輸入.。選擇單位為角度。上部對話框輸入“ATAN2(DY(.，定義前束角。這里MARKER11是定位在參數(shù)化點wheel_inner處，MARKER18

48、定位在參數(shù)化點wheel_center處。與定義前束角相似，同樣定義外傾角的測量函數(shù). “ATAN2(DZ(. . . 圖 10-33 創(chuàng)建前束角函數(shù)注意：這里求反正切時用的DX、DY、DZ需要根據(jù)具體的坐標系。在這里我們的坐標系是XOZ，故求前束角時（水平面上Knuckle與X軸的夾角）為ATAN2(DY，DX)外傾角時為ATAN2(DZ,DX)。（3）運行設計研究1在Simulation菜單，選擇Design Evaluation如圖，顯示Design Evaluation Tools對話框，選擇Design Study。2選擇和設置；MeasureON，MeasureM_Toe_Angl

49、e， Design StudyON。3選擇設計變量；可以在Design Variable 對話框直接輸入設計變量的名稱，或者在Design Variable 對話框上點擊鼠標右鍵，通過數(shù)據(jù)庫瀏覽器選擇需要設計變量DV_3。4定義設計變量的范圍，在Default Level對話框輸入變量范圍的等分水平數(shù)， ADAMS/View使用在Default Levels文本框輸入的水平數(shù)，等分變量的變化范圍。設計變量的取值Default levels5。5點擊Display，再按照圖設置彈出的對話框6點擊Start開始設計研究分析，仿真完成后，會自動彈出圖的對話框。分別選擇設計變量和測量函數(shù)M_Cambe

50、r_Angle,進行同樣操作。（4）得到結(jié)果從以上分析得到下表中結(jié)果。從表中可知，變量DV_3對M_Toe_Angle 的敏感度最高，因而對其影響最大，DV_2對M_Camber_Angle的敏感度最大，因而對其影響最大。表10-5設計變量對測量函數(shù)的靈敏度設計變 量參數(shù)化點初始值初始值處敏感度M_Toe_AngleM_Camber_AngleDV_1DV_2Lca_knuckleDV_3Tie_knuckle注意：完成仿真分析以后，ADAMS/View在當前的樣機關(guān)系樹下，建立一個名為Last_Multi的分析對象。在此分析對象中含有一組名為Design_Study_Results的設計研究

51、分析結(jié)果，其中包括以下分量：1）試驗Trial，其中包括仿真分析的次數(shù)。2）與設計變量同名的分量，其中包含每次運算所使用的變量值。3）所有的測量或目標，這些分量與定義的測量和目標同名，記錄了每次仿真分析獲得的性能測量值。 圖10-34設計研究 圖10-35 設置對話框圖10-36 結(jié)果對話框完成仿真分析后，在當前模型樹下建立了一個名為Last_Multi的分析對象。在此分析對象中包含設計分析結(jié)果。如果在以前的分析中建立了Last_Multi的分析對象，進行新的分析后，新的分析結(jié)果將覆蓋以前的分析結(jié)果。試驗設計1ADAMS/Insight 試驗設計 本節(jié)將通過ADAMS/Insight對前束角做

52、試驗設計。大致步驟如下：建立設計變量-建立響應（目標）-仿真后進入ADAMS/Insight-設置因素集和響應-選擇試驗策略-創(chuàng)建工作矩陣-運行試驗-結(jié)果分析-優(yōu)化結(jié)果-發(fā)布結(jié)果。 （1）建立設計變量 變量的建立見節(jié)。 （2）建立響應（目標）進入菜單Simulate，點擊Design Objective彈出圖所示對話框，在名字框輸入.，Definition By下拉菜單中選擇measure.。選擇前束角的測量函數(shù)做為測試目標。圖10-37 創(chuàng)建設計變量 （3）進行仿真，然后進入Insight1設置步長為100，End Time為1，開始仿真。2點擊菜單Simulate，選擇Adams/Insi

53、ght，點擊Export，彈出對話框（圖10-38） 圖10-38 Insight Export對話框3、選擇模型和腳本，點擊OK，隨后會出來一個DOS窗口（只有在退出Insight后才會消失），同時進入ADAMS/Inight。其界面如圖10-39所示。 圖10-39 ADAMS/Insight界面（4）創(chuàng)建因素集和響應1創(chuàng)建因素在樹形區(qū)依次展開Factor、Candidates、Model_1，點擊DV_1，在圖形區(qū)會出現(xiàn)DV_1的屬性對話框，設置Type為Continuous，Data Type為Relative，Normal Value為686，Setting為-5，5。Toleran

54、ce 為，Monte Carlo Distribute選擇為None，Ease of Adjustment選擇為Moderate?？梢栽贏bbrevation中修改因素的名字,這里按照缺省的為f_01。在Units中輸入mm。見圖10-40。點擊Apply，然后點擊工具條中的，則看到inclusion 中出現(xiàn)因素f_01。至此我們定義了一個因素。按照上述方式添加DV_2,DV_3到inclusion中。 圖10-40 因素設置對話框注意：假如需要添加的因素集比較多，可以按住Ctrl的同時用鼠標同時選擇多個。2加響應在樹形區(qū)展開Reponse、Candidates、Model_1，點擊obj_t

55、oe，在圖形區(qū)出現(xiàn)的對話框中在Units一欄中輸入degree其余缺省設置，點擊按鈕Apply，然后點擊工具條中的添加一個響應。 （5）選擇試驗策略1在樹形區(qū)展開Design，點擊第一項，或者點擊工具條中的，則圖形區(qū)出現(xiàn)如下對話框，按照圖10-41中的選擇。圖10-41 設置試驗策略2同樣在Dsign下點擊第四項Work Space,或者點擊工具條中的。系統(tǒng)自動創(chuàng)建工作矩陣，見圖10-42。從圖中看出共進行8次試驗。 圖10-42 工作矩陣到此試驗設計的設置工作基本完成，下一步就是開始進行運行試驗。（6）運行試驗點擊工具條中的，或者在主菜單中選擇Data、Simulation、Build-Ru

56、n-Load、All，系統(tǒng)自動回到ADAMS/View中來進行仿真試驗。（7）結(jié)果分析1仿真完成后，進入菜單Simulate，選擇ADAMS/Insight，點擊Display，在彈出的對話框中點擊OK，進入ADAMS/Insight。2在樹形區(qū)展開Design。依次點擊Design Space（試驗矩陣）、Work Space（工作矩陣）、Work Space Review（工作矩陣預覽）?？梢钥催\行試驗后的矩陣。3點擊工具條中的，或者在菜單Tools中選擇 Fit New model，這時看到工具條中的（輸出為web文件）變亮。選擇Regression中的obj_toe，選擇Display

57、中的Fit，會出現(xiàn)圖10-43所示表格。在表中。綠色圓點表示滿足所有的擬合準則，假如有而帶有問號的黃色圓點表示擬合準則可以在容忍范圍內(nèi)，假如是紅色的圓點，則表示該擬合準則有問題，必須要對其進行研究。ADAMS/Insight以標準方差統(tǒng)計（ANOVA）工具來進行擬合，并提供了一套ANOVA統(tǒng)計方法，如和，來評估光順的質(zhì)量。（取值范圍01）越高表示越好，但還要與結(jié)合起來看。圖10-43 結(jié)果的分析（8）優(yōu)化結(jié)果可以使用Insight進行優(yōu)化，如果是單目標優(yōu)化，則只是涉及到一個響應（目標），如果進行多目標優(yōu)化要涉及到多個響應。優(yōu)化結(jié)果是通過兩種途徑來完成的，一種是更改因素的設置，另外一種是更改響應

58、(目標)的設置。1通過更改因素設置來優(yōu)化點擊菜單中的Tools，點擊Optimize Model。彈出優(yōu)化窗口（圖10-44）；通過滑塊修改一個或同時修改多個因素的值；點擊按鈕Update。2通過更改響應（目標）來優(yōu)化通過設置Op、Target、Weight來設置合適的值；在Fixed復選框中打上勾，確定哪些因素在優(yōu)化的時候值固定不變。點擊按鈕Run。圖10-44 模型優(yōu)化的設置（9）輸出結(jié)果為web文件1點擊工具條中的，則系統(tǒng)會要求你給出文件名和存儲地方。保存后，我們打開該html的文件，顯示結(jié)果如下。圖10-45 輸出的HTML格式文件可以在這個頁面上進行修改因素的值，來觀測響應（目標）的

59、變化。在DV_1的編輯框中直接輸入值690，然后點擊Update，可以看到響應（目標）值發(fā)生改變，或者點擊“”號，在因素值改變的同時，響應的值也跟著變化。通過這種方式，可以研究因素值是如何影響響應值的。在State和Effects前面的復選框上打勾選中，則會出來下圖圖10-46所示頁面，前者表示擬合的統(tǒng)計結(jié)果，后者給出了各個因素對響應的影響大小。從圖中看出，因素DV_3對響應（前束角）影響比較大。圖10-46 各個因素對響應的影響大小2ADAMS/View試驗設計DOE也可直接在ADAMS/View中進行，具體操作類似于設計研究。但Insight是ADAMS專門用于DOE的模塊，功能更為強大。

60、設計變量及及建立響應（目標）的建立如上節(jié)。ADAMS/View下的DOE操作如圖10-47：圖10-47 進行試驗設計（1）在Design Variables文本輸入框輸入設計變量的名稱。也可以顯示彈出式菜單，選擇Variable項，再選擇Browse，顯示數(shù)據(jù)庫瀏覽器，從中選擇設計變量。（2）如果有一個或多個設計變量僅定義了變化范圍，可以在Default Levels文本輸入框輸入變量范圍的等分水平數(shù)。（3）在Trails defined by選擇框，選擇試驗的方法：Built-In DOE Technique ，Direct Input，或File Input。Built-In DOE T