1、STEP 函数详解 使用 UG 运动仿真模块的伙伴们都该知道编写运动仿真的函数式是个难点，也是重点，其中又以 STEP函数式使用最多，也是比较容易理解的一种运动函数。 今天在这里给大家简单分析讲解一下。 那么首先要了解 STEP函数的格式： STEP（ x， x0， h0， x1， h1） 其上五个变量中， 第一个（ x）是横坐标定义； 第二个（ x0）是时间起点（就是说，你要他什么时候 开始递加递减 ；）； 第四个（ x1）是时间终点（你要他什么时候 结束递加递减 ）； 第三个（ h0）为递加递减数值的起点； 第五个（ h1）为相对于 0 点的递加递减数值，这个是你可以自行修改的。 下面举个
2、例子： STEP（ x， 3， 0， 6， 100），意义：第一秒到第三秒，位移为 0，即物体静止；第三秒到第六秒，物体位移 100。 复杂 STEP 函数式又分为 嵌入式 和 增量式 。 嵌入式： （绝对 模式 ） STEP(x,x0,h0,x1, (STEP(X,X1， H1， X2， (STEP(X,X2， H2， X3， H2) 增量式： （相对 模式 ） STEP(x,x0,h0,x1,h1)+STEP(X,X1， H2， X2， h3)+STEP(X,X2， H4， X3， H5)+ 嵌入式的复杂函数式 STEP(x,12,0,16,STEP(X,16,260,20,STEP(X,
3、24,0,28,STEP(X,28,260,32,STEP(X,34,0,37,STEP(X,37,260,40,0) 意义： 0-12 秒，物体静止； 12-16 秒，物体位移 260； 16-20 秒，物体回到初始 0 位置，也就是相对上一个位置做了 -260 位移； 20-24 秒，物体静止； 24-28 秒，位移 260； 28-32 秒，物体回到初始 0 位置，也就是相对上一个位置又做了 -260 位移； 32-34 秒，物体静止； 34-37 秒，物体位移 260； 37-40 秒，物体回到初始 0位置。 （绝对 模式） STEP(x,0,0,3,STEP(x,3,200,9,ST
4、EP(x,9,-200,12,STEP(x,21.5,0,24,STEP(x,32,150,34,STEP(x,40,259.8,42,0) 意义： 0-3 秒，物体位移 200； 3-9 秒，物体位移 -200，即期间物体移动了 400； 9-12 秒，物体回到初始 0位置 ，即移动了 200； 12-21.5 秒，物体静止； 21.5-24 秒，物体位移 150； 24-32 秒，物体静止； 32-34秒，物体位移 259.8； 34-40秒，物体静止； 40-42 秒，物体回归 初始 0位置。 （绝对模式） 增量式 的复杂函数式 STEP(x,0,0,12,0)+STEP(x,12,0,
5、16,260)+STEP(X,16,0,20,-260)+STEP(x,20,0,24,0)+STEP(X,24,0,28,260)+STEP(X,28,0,32,-260)+STEP(x,32,0,34,0)+STEP(X,34,0,37,260)+STEP(X,37,0,40,-260) 等同于： STEP(x,12,0,16,260)+STEP(X,16,0,20,-260)+STEP(X,24,0,28,260)+STEP(X,28,0,32,-260)+STEP(X,34,0,37,260)+STEP(X,37,0,40,-260) 亦等同于： STEP(x,12,0,16,STEP
6、(X,16,260,20,STEP(X,24,0,28,STEP(X,28,260,32,STEP(X,34,0,37,STEP(X,37,260,40,0) 意义： 0-12 秒，物体静止 ，原地不动 ； 12-16 秒，物体 相对上一位置 位移 260； 16-20秒，物体 相对上一 位置 移动 -260； 20-24 秒，物体静止 ； 24-28 秒， 相对上一位置 位移 260； 28-32 秒， 物体 相对上一 位置移动 -260； 32-34 秒，物体静止； 34-37 秒， 相对上一位置 位移 260； 37-40秒， 物体 相对上一 位置 移动 -260。（ 相对 模式） 举个
7、例子 STEP(x,1,0,2,20)+STEP(x,6,0,12,-40) 意义： 1 秒到 2 秒：从 0度转到 20度 ； 2 秒到 6 秒：电机 保持 在 20度位置上 不 动 ； 6 秒到 12 秒：由 20度反转 40度 ，结果为 停留在 -20 度 。 所以， 增量式 有两个特性必须记住： 1，除非输入新的 STEP，否则，上一个 STEP 的渐变结果将在接下来的时间里，一直保持。 2，每个 STEP 只能从 0 开始渐变，所以，每一次的 STEP都是相对于上一次操作结果的累加计算。 特点： 有运动就写，无运动就不写。所定义的时间是绝对的，移动的值却是相对的 (所以 H0都为 0
8、)。 重点提示： 在旋转驱动中，如果选择 ，则在 STEP 函数中转 360 度就不需要加“ d” ,例如：STEP(time,0,0,2,360)，表示在 2 秒内转 360 度 一周 。 如果选择 ，则要事先在表达式中建表达式如 K=2*pi(),类型为恒定，再在 XY 函数管理器 里的 STEP 函数中调用表达式 K。例如： STEP( x,0,-2*K,2,2*K)+STEP( x,3,0,5,-4*K)，表示进行仿真前先 反转 2 周做为初始（ 0 秒时）， 2 秒内正转 4 周，停 1 秒，第 3 秒到第 5 秒的 2 秒内反转 4 周。 （因为在 NX8.5 中， STEP 函数
9、不支持直接调用 pi(),deg(),rad()等函数。） 举例对比 增量式与嵌入式的区别 上图可以写成 增量式 ： STEP(x,2,1,3,3)+ STEP(x,3,0,4,0)+STEP(x,4,0,5,-3)或 STEP(x,2,1,3,3) +STEP(x,4,0,5,-3)； 也可以 写 成 嵌入式： STEP(x,2,1,3,STEP(x,4,3,5,0) 如图验证： 备注：网上很多教材都把这个给搞错了！ 不同时间段，连杆做不同函数运动形式 t0-t1 时间段内，让连杆以 f（ x）函数形式运动； t1-t2时间段内，让连杆以直线形式运动，在 t2-t3内，让连杆以 g（ x）函
10、数形式运动，以此实现连杆在不同时间段以两种或多种函数形式运动。 t0-t1 时间段函数图形转换： 按照相同时间段将第一个函数运动图转换为第二个函数运动图，按照 step函数表达可以写出： t0-t1 时间段， step表达为 ： （ step（ time， t0+0.001， 0， t0， 1） +step（ time， t1+0.001， 0， t1， -1） 由于 step 函数时间段起始和结束时间点不能相等，也就是不能是垂直直线形式图变，因此可以在时间点 t0附近添加一个微小时间段，近似垂直直线形式突变。 如果将转换形式的 step函数 *f（ x），那么连杆在 t0-t1时间段的运动形
11、式就可以以 f（ x）运动，大家也可以从函数值上来理 解，就是 1 乘以任何数值无法改变被乘数值，即 f（ x）任何函数值与 1 相乘，数值不变，即实现连杆在 t0-t1时间内以 f（ x）形式运动。 由此可知在 t0-t1时间段内， f（ x）运动形式表达为 ： （ step（ time， t0+0.001， 0， t0， 1） +step（ time， t1+0.001， 0， t1， -1） * f（ x） t1-t2 时间段函数图形转换 ： 在 t1-t2时间段，这个时间段为直线运动，按照矩形方波图形， step 函数形式表达 ： step（ time， t1+0.001， 0， t1
12、， 1） + step（ time， t2+0.001， 0， t2， -1） 依据第一个时间段详细讲解，可知， t1-t2 时间段内，连杆运动形式表达为 ： （ step（ time， t1+0.001， 0， t1， 1） + step（ time， t2+0.001， 0， t2， -1） *h1 t2-t3时间段函数图形转换 ： t2-t3 时间段，根据矩形方波， step 表达为 step（ time， t2+0.001， 0， t2， 1） +step（ time， t3+0.001， 0， t3， -1） 由上可知，在 t2-t3时间段内， g（ x）运动形式表达为 （ step
13、（ time， t2+0.001， 0， t2， 1） +step（ time， t3+0.001， 0， t3， -1） *g（ x) 总结 ： 不同时间段，不同函数运动形式 step 表达方式，只需要将每个时间段变成 0-1 的矩形方波，将时间段开始和结束时间点添加一个微小时间段，对开始时间点添加微小时间增量的时间段，进行 step函数书写后，再对结束时间点进行相同的 step函数书写，将开始和结束时间的 step函数进行加和后再乘以相应的函数，即可完成相应函数的运动形式。 因此上图中 连杆的两种函数 g（ x）、 f（ x） 加一条 直线的 step 函数控制为： （ step（ tim
14、e， t0+0.001， 0， t0， 1） +step（ time， t1+0.001， 0， t1， -1） * f（ x） +（ step（ time，t1+0.001， 0， t1， 1） + step（ time， t2+0.001， 0， t2， -1） *h1+（ step（ time， t2+0.001， 0， t2， 1）+step（ time， t3+0.001， 0， t3， -1） *g（ x) 多项式函数 poly（ x， x0， a0， a1， a2， a30） =a0+a1*（ x-x0） + a1*（ x-x0） 2+ +a30*（ x-x0） 30 x是自变量
15、。 x0 为初始值， a0 到 a30 为系数，当 x0=0 时，取到 a1 系数，则多项式为一条一次曲线，y=a0+a1*x，当取到 a2系数时，则多项式为一条二次曲线（抛物线）， y=a0+a1*x+a2*x2 由此可知，多项式函数是控制连杆线性运动或二次曲线运动的函数， x 取变量 time 余弦函数 简谐运动 shf（ x， x0， a， w， phi， b） =asin（ w（ x-x0） -phi） +b 简谐运动既是最基本也是最简单的一种机械振动，如果一个质点的运动方程有如下形式： 即，质点的位移随时间的变化是一个简谐函数，显然此质点的运动为简谐振动。 w 为角速度，单位为度/秒
16、或者弧度 /秒。下图为简谐运动的图像，表示的是振动物体的位移随时间变化的规律。是一条正弦或余弦曲线。 由以上讲解可知， shf 函数中， x 为变量，一般取 time， x0 为初始时间点， a为振幅， w为角速度， phi为初项，也就是 t 等于 0时，角度值， b表示截距，也就是余弦函数的位移。 综合 应用实例 连杆运动规律图如下 建模空间，曲线工具，直线命令，在 xy 平面内绘制两条垂直直线 : 进入运动仿真，新建运动仿真，默认设置确定，新建连杆，由于直线不是实体，因此需要设置质心和质量等参数，任意设置即可，另一条直线连杆设置相同 。 仿真导航器里，两个直线连杆 ： 第一个滑动 副，选择连杆 1，由于是直线，所以“选择连杆”、“指定原点”、“指定矢量”三个直接被选中，如果方向不对可以利用反向进行调整 驱动，设置恒定速度 10mm/s，根据规律图 2-3 秒时间段可知， 2 秒时位移为 20， 3秒时位移为 30，因此驱动速度为 10。 第二个滑动 副，选择连杆 2，选择方法 和 上一个相同，基本里选择连杆 1，即连杆 2 相对于连杆 1 运动 驱动，选择函数 点击函数向下箭头，调出函数对话框，默认设置，选择新建函数按钮 切换到运动函数，拉到最后，里面有 step 函数， poly 函数和 shf函数，按照图片所示，利用这三个函数对连杆进行驱动
