淺析計(jì)算機(jī)仿真在機(jī)械運(yùn)動(dòng)研究中的應(yīng)用

葉朝明

摘 要：機(jī)械運(yùn)動(dòng)仿真研究一直以來(lái)都是軍事領(lǐng)域、航空航天領(lǐng)域、生產(chǎn)制造行業(yè)等多領(lǐng)域的重要研究?jī)?nèi)容。而在機(jī)械運(yùn)動(dòng)仿真研究工作中常常會(huì)使用到或遇到各類(lèi)函數(shù)，由于物體運(yùn)動(dòng)的方式較多，所對(duì)應(yīng)的函數(shù)也便較為復(fù)雜，使得機(jī)械運(yùn)動(dòng)仿真研究工作繼承了物理與高等數(shù)學(xué)學(xué)科的“高度抽象性”這一特點(diǎn)。研究人員常常會(huì)由于運(yùn)動(dòng)函數(shù)圖像難以繪制而無(wú)法預(yù)測(cè)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，使之失去現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)性，阻礙研究工作的進(jìn)一步開(kāi)展。為此，本文便將以MATLAB軟件為例，通過(guò)案例介紹來(lái)分析該類(lèi)型軟件在生產(chǎn)制造行業(yè)實(shí)際應(yīng)用中起到的重要作用，便于其進(jìn)一步推廣。

關(guān)鍵詞：MATLAB；機(jī)械運(yùn)動(dòng)；仿真研究

1 MATLAB軟件機(jī)械運(yùn)動(dòng)仿真應(yīng)用的適用性

MATLAB是一種能夠?qū)⒊橄蠛瘮?shù)關(guān)系式轉(zhuǎn)化為具象圖像的一類(lèi)軟件。其在同類(lèi)軟件中應(yīng)用相對(duì)廣泛，除了應(yīng)用于函數(shù)數(shù)據(jù)可視化領(lǐng)域之外，也可以用作數(shù)據(jù)分析、算法開(kāi)發(fā)等方向。同時(shí)，MATLAB軟件的操作更為簡(jiǎn)單，即使沒(méi)有過(guò)使用經(jīng)驗(yàn)的人也可以在短時(shí)間內(nèi)掌握利用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)批量處理的方法。MATLAB軟件更能夠根據(jù)用戶使用環(huán)境的不同而進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的工具定制操作，對(duì)軟件功能與軟件操作方式進(jìn)行不斷擴(kuò)充，極大程度上提升了用戶體驗(yàn)。

2 MATLAB軟件的實(shí)際應(yīng)用

MATLAB軟件對(duì)直角坐標(biāo)系內(nèi)函數(shù)的可視化

直MATLAB軟件對(duì)直角坐標(biāo)系內(nèi)函數(shù)進(jìn)行可視化轉(zhuǎn)換主要依靠“plot”繪圖基本函數(shù)。由于在平面直角坐標(biāo)系中存在兩個(gè)變量：X與Y，因此在進(jìn)行程序輸入時(shí)需要提供自變量X以及因變量Y的坐標(biāo)。例如：

使用MATLAB軟件對(duì)函數(shù)進(jìn)行可視化轉(zhuǎn)換較為簡(jiǎn)單，程序設(shè)計(jì)如下：

x=-pi/2：pi/100：pi/2

y=sin（x）+x+1

plot（x，y）

在輸入該段程序之后，便可以函數(shù)圖像，通過(guò)MATLAB軟件可以通過(guò)簡(jiǎn)單的操作將抽象復(fù)雜的函數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)橹庇^的圖像，便于使用者理解并設(shè)計(jì)后續(xù)應(yīng)用方案。

（二）MATLAB軟件對(duì)參數(shù)方程函數(shù)的可視化

參數(shù)方程由于并沒(méi)有直接給出兩個(gè)變量之間的關(guān)系，故相較于傳統(tǒng)的直角坐標(biāo)函數(shù)更難理解。對(duì)此，使用MATLAB軟件也可以取得較好的效果，例如：

利用MATLAB軟件對(duì)該參數(shù)方程進(jìn)行處理，所需要輸入的程序具體如下：

t=0：1/100：2*pi

x=2.*（t-sin（t））

y=2.*（1-cos（t））

plot（x，y）

得到的輸出圖形見(jiàn)圖2.

通過(guò)圖像我們可以看出，該參數(shù)方程代表的函數(shù)為擺線，其圖像在定義域內(nèi)關(guān)于x=2π對(duì)稱(chēng)，且先增后減，故在x=2π處取得極大值（最大值）。

（三）MATLAB軟件對(duì)極坐標(biāo)方程函數(shù)的可視化轉(zhuǎn)換

極坐標(biāo)與直角坐標(biāo)差別甚大，由于使用坐標(biāo)系的差別使得使用者很難直接通過(guò)極坐標(biāo)方程轉(zhuǎn)換成直角坐標(biāo)方程，或在腦海中構(gòu)造出函數(shù)的圖像。例如：

利用MATLAB軟件對(duì)其進(jìn)行可視化處理，所需要輸入的程序代碼如下：

t=0：0.01：2*pi；

y=（1-cos（t））

polar（t，y）

得到的輸出圖形見(jiàn)圖3.

通過(guò)圖像我們可以看出，該極坐標(biāo)方程對(duì)應(yīng)的函數(shù)圖形為心形線，其具有對(duì)稱(chēng)性，若轉(zhuǎn)換成為直教坐標(biāo)方程，則可寫(xiě)為：

MATLAB軟件的其他功能

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)MATLAB軟件在機(jī)械運(yùn)動(dòng)仿真研究領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)化敘述我們可以發(fā)現(xiàn)，其對(duì)函數(shù)進(jìn)行可視化處理的操作簡(jiǎn)單，且效果顯著。無(wú)論是多么復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)方程，使用者只需要按照要求輸入代碼便可以得出想要的函數(shù)圖像，并直觀了解其性質(zhì)，這對(duì)于使用者更好的將高等數(shù)學(xué)應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)或研究工作中無(wú)疑有著極大的幫助。故現(xiàn)今的機(jī)械運(yùn)動(dòng)仿真研究有必要以MATLAB等軟件為基礎(chǔ)進(jìn)行改革和優(yōu)化。