设计仿真 | Adams变拓扑分析之传感器

在多体仿真中，所面临的工况有很多种，不是简单的规定一个时间，给定一个输出步数就能满足所有工况的仿真要求，经常面临仿真过程中对系统拓扑关系的变化、模型参数的调整等需求。此时，Adams中的sensor（传感器）就有了用武之处，通过sensor可以获得某种状态，再通过脚本展开后继的模型修改，从而可以完成绝大多数变拓扑相关的任务要求。本文不再描述简单的sensor应用，而是针对稍微复杂一些的工况融合sensor展开建模和仿真说明。

PART.01

传感器功能

传感器的基本功能类似编程中的if…else语句，通过在仿真过程中实时监测所定义事件的状态，然后实现修改仿真的目的，再结合脚本命令实现修改模型的目的。这里的事件通常通过逻辑函数的方式完成定义，即利用函数表达式与给定目标的比较实现逻辑的定义。一旦返回逻辑真，sensor将会有很多方式进行仿真的修改，比如终止仿真、重启、返回等。对于sensor的深入使用，必须分清楚如下几个概念，函数表达式（function）、事件评估（evaluate）和senval()函数。

函数表达式

通过上图，可以查看函数表达式的对话框位置。这里的函数表达式是为了实现逻辑判断，通过函数构建器完成所需要的函数表达式的定义，也或者叫做事件的定义，但需要明确这里仅仅是事件定义中的函数表达式的定义，后面还需要完成比较定义后，才是完整的事件定义。Adams/Solver正是在仿真过程中，实时监测该事件获得逻辑值的真或假。

事件评估

通过上图，可以查看事件评估的对话框位置。这个地方的expression，仅当sensor事件触发时进行计算，并且可通过senval()获得其值。不要小看senval()函数的作用，它可以让仿真更加灵活，更符合实际工程所需。

PART.02

应     用

第一个实例，实现计数功能。

建模要素：创建一个水平的圆柱，在一端定义转动副，并施加驱动，确保其可以圆周回转。然后进行sensor的定义，按照图示完成定义，其中位移函数使用圆柱质心点和转动铰处点，事件评估处使用senval()函数的计数形式。比较符号采用了equal，比较值为0也即质心点通过y轴时触发事件并完成事件评估计算。

完成模型创建后，进行2秒的计算，这里的驱动设置为360度每秒，因此，可以看到下图中左侧曲线经历了两个周期，也即圆柱转动了两圈。前面已论述触发事件为质心通过Y轴，因此，整个历程中会有四次事件触发，因此，右侧曲线为每次事件触发的时间和最终的计数，两者正好对应。

当然，这类计数的效果Adams还有很多方式可以实现，但是通过sensor结合事件评估与senval()函数的方式，是我们经常采用的一种方法，总体比较简单直接。通过这个简单的实例期望对三者的功能有深入的了解，以便展开下一实例的应用。

第二个实例，当一个模型中有多个sensor时，我们并不清楚本工况下，哪个sensor首先触发，因此，在后继编写脚本时不能确定先写哪个sensor对应的相关命令，本实例应对该种需求。

建模要素：建立四个球体，从上到下分别为Part_a，Part_b，Part_c，Part_d，其中前两个与大地建立水平滑移副，后两个与大地建立竖直滑移副，并且前两个在质心处作用水平力，分别为200N，100N(后继互换)，在后两个竖直滑移副上定义驱动，以表征sensor事件触发后的动作。最后分别定义两个sensor，事件函数分别为a，b两球的水平速度，比较值分别为10米每秒和15米每秒，由于这里长度采用毫米为单位注意转化。

完成所需的建模元素定义，为了实现两个sensor的触发不受次序的影响，专门将触发后的动作与之通过senval()函数进行了关联，如下所示：

当sensor没有触发时，senval()的返回值为0，造成驱动速度为0，小球固定在原位不动，当sensor触发时，senval()的返回值为1，造成驱动速度为1000，小球将沿竖直轴滑动。

模型中的建模元素保持不变，仅仅将两个驱动力的幅值进行呼唤，由于sensor的事件定义没有跟着变，两次触发的时间是不同的，再次验证这种方法的适用性。

上图为红球施加200N作用力，绿球施加100N作用力的情形。监测红球水平速度0.2秒左右达到触发条件即10米每秒，通过上图中上面的曲线可以看到在0.2秒左右其值发生了突变。监测绿球水平速度0.6秒左右达到触发条件即15米每秒，通过上图中下面的曲线可以看到0.6秒左右其值发生了突变。由于红色球的触发条件低于绿色球，且红色球的作用力又大于绿色球，这两方面都促使了红色球首先达到触发条件，基于这个工况中两球触发的事件可以横比于后面的工况。

上图为红球施加100N作用力，绿球施加200N作用力的情形（通过图中力的矢量长度也可判断力的相对大小）。监测红球水平速度0.4秒左右达到触发条件即10米每秒，通过上图中上面的曲线可以看到在0.4秒左右其值发生了突变。监测绿球水平速度0.3秒左右达到触发条件即15米每秒，通过上图中下面的曲线可以看到0.3秒左右其值发生了突变。对两球前后两次工况的横比，结合v=at，可以看到是合理的。

当然，前后两次工况下，后面两个动作球，即c和d，有对应触发后的动作体现，通过该例实现了多个传感器条件下，不受限于触发次序的工况要求。

PART.03

总   结

变拓扑分析是多体动力学中比较重要也很常见的分析类型，sensor作为Adams中获取设定事件状态的主要功能，再结合函数、脚本等功能可以有效应对各种类型的变拓扑分析应用。另外，sensor定义中包含了系列参数，如果要对其有更为灵活和深入的使用，需要对这些参数有准确的理解，前述的实例仅仅比常规的sensor应用拓展了事件评估以及senval()函数的应用。

针对变拓扑分析将展开后继子程序应用模式说明，相比单纯的sensor应用将拓展到另一维度，进一步提高应用性。待更。