基于Comsol 和simulink 柴油机气门凸轮控制机构仿真

lichuanxichina

本文研究柴油机气门机构。该系统所有组成零件全部假定为刚体。模型的输出包括气门从动件的位移和速度，模型输入为旋转凸轮转速。凸轮3D结构如下所示。



该机构中，凸轮旋转是指定的，弹簧联结到气门，以限制其运动，由此，可以计算给定凸轮转速条件下，从动件的位移、速度和加速度；计算凸轮-推杆的连接力（*单独在comsol中求解这个力是很容易收敛的，但与simulink进行协同仿真时，很难收敛。协同仿真时，我把求解连接力这部分给取消了，协同仿真模型很容易得到了收敛*）。

将弹簧安装到气门上的目的是迫使气门跟随凸轮的轮廓运动，并避免凸轮与气门之间的间歇性接触。因此，弹簧刚度的最佳值是使凸轮与从动件始终保持接触，同时，使凸轮轴旋转所需的扭矩最小。

一、3D模型搭建

将Solidworks中创建的CamFollwer装配体模型导入进COMSOL几何中。



在“多体动力学”物理场节点中设置刚性材料、固定约束条件、运动副（凸轮从动件、铰链关节、槽关节）、 指定凸轮轴旋转运动，气门运动添加弹簧、添加重力

划分网格

在COMSOL中创建Simulink协同仿真块（Cosimulation for Simulink）

创建全局变量探针，用于指定协同仿真块的输入、输出量
再次求解comsol模型，确保模型能正常求解
设置协同仿真块输入输出参数
导出生成*.fmu协同仿真文件，供Simulink调用

注意：

1.在COMSOL中如果要输出协同仿真模块（Cosimulation for Simulink节点），一般需要先创建“***全局变量探针***”，该探针变量用于探测模型的输入量、输出量在整个求解过程中的变化。

2.“研究”设置中“辅助扫描”功能，不支持协同仿真模块（Cosimulation for Simulink）的导出，因此，在“研究”中，不能设置“辅助扫描”参数。

二、 在Simulink中创建模型
注意：1.需要通过登入进入Matlab Simulink平台，不支持手动建立Simulink与COMSOL的连接，否则在Simulink中添加Comsol协同仿真模块时，在Simulink Library中不显示Comsol协同仿真模块，如下图所示。

创建一个简单的控制模型，并运行仿真，如下图所示。
运行结果如下，在simulink和comsol中结果一致。
接下来，在Matlab 命令窗口中输入“mphlaunch”，打开Comsol，我们可以继续利用comsol对数据结果进行后处理，也可以进一步完善优化控制器，达成设计目的。

需要注意的是：在运行仿真时，计算不收敛是常见的问题，尝试在simulink–Model Settings中对求解器进行设置，comsol中对求解器进行设置，一般可以解决问题。
以上就是今天分享的关于Matlab Simulink 与comsol协同仿真的内容，搭建了一个柴油机控制气门开闭的凸轮机构的模型，进一步熟悉了利用SW、Comsol、Matlab Simulink进行协同仿真的整个建模流程。
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