三轴飞型转台的设计
卫星定位定向仪校准三轴转台设计研究
卫星定位定向仪校准三轴转台设计研究发表时间:2021-01-04T06:23:42.706Z 来源:《现代电信科技》2020年第13期作者:胡文静黄崧[导读] 比较常见自由度转台,一般在飞行控制元件、陀螺仪的仿真测试中应用,主要使用的为内外套框、环形/U型臂结构,这一类型转台具有重量大、结构复杂特点,所以会对卫星定位定向仪安装构成一定影响,无法在较短时间内顺利实施室外卫星定位信号搜索工作。
(南京天择防务科技有限公司江苏南京 210000)摘要:卫星定向技术多在船舶定向、车辆管理、惯导辅助、双天线测量等领域中应用,比较常用的设备为卫星定位定向仪,因其不会受到磁场因素、漂移误差因素所影响,可达到三轴交汇的效果,但因结构比较复杂,所以需要合理设计卫星定位定向仪校准三轴转台,进行多角度转台测试。
本文主要对卫星定位定向仪校准三轴转台系统功能设计、选型、工作原理、设计等情况进行研究。
关键词:卫星定位;定位定向仪;校准设计;三轴转台一、卫星定位定向仪校准转台设计分析比较常见自由度转台,一般在飞行控制元件、陀螺仪的仿真测试中应用,主要使用的为内外套框、环形/U型臂结构,这一类型转台具有重量大、结构复杂特点,所以会对卫星定位定向仪安装构成一定影响,无法在较短时间内顺利实施室外卫星定位信号搜索工作。
为防止受到转台测试件尺寸因素所致遮挡影响,可使用独立三轴结构设计,将开放空间应用于不同类型卫星定位定向仪天线安装中,确保天线于室外不会受到结构因素所影响,及时接收GNSS信号。
不同旋转轴空间为垂直的状态,旋转轴通过独立电机驱动、具有独立驱动控制单元,可以确保不同轴向运动,不会受到相关因素所影响。
转台没有齿轮传动部件,在结构简单、支持直流供电方面的优势突出,故此可在室外环境下作业,同时转台底座、不同支撑结构使用的为轻质铝板,对总体重量控制的同时能在轴向连接位置,合理设置三角筋板,从而保证结构更加稳定。
另外转台底部为平坦的状态,具有连接装置能在机动车车顶位置固定,对运动状况进行测试。
三轴转台结构介绍
三轴转台结构介绍三轴转台是一种用于控制运动方向和角度的机械装置。
它通常由三个相互垂直的轴组成,分别是水平轴、垂直轴和旋转轴。
三轴转台主要用于航空航天、军事、船舶、机器人等领域的精密定位和追踪操作。
水平轴是三轴转台的基本轴之一,也是最基础的运动轴。
它使转台能够在水平方向上进行平移运动,常用于改变转台的位置。
垂直轴是另一个基本轴,它使转台能够在垂直方向上进行上下运动。
通过控制垂直轴的运动,可以改变转台的高度。
旋转轴是最重要的轴,它使转台能够在水平面内进行旋转运动。
通过控制旋转轴的运动,可以改变转台的方向和角度。
三轴转台的结构设计要考虑到稳定性、精度和可靠性。
为了保证转台的稳定性,常采用重型结构和防震装置来减少外界干扰对转台运动的影响。
为了保证转台的精度,需要采用高精度的轴承和驱动装置,以及精密的控制系统。
为了保证转台的可靠性,需要采用可靠的传感器和执行器,并进行合理的维护和检修。
在航空航天领域,三轴转台广泛应用于卫星地面测试和发射场测试。
在卫星地面测试中,可以使用三轴转台模拟卫星在轨道上的运动,以验证卫星的姿态控制系统和传感器的性能。
在发射场测试中,可以使用三轴转台模拟发射过程中的运动情况,以验证发射车辆和卫星的适应性和可靠性。
在军事领域,三轴转台主要应用于导弹、雷达和光电设备的定位和追踪。
通过控制转台的运动,可以实现对目标的精确定位和持续追踪,提高军事系统的作战效能和战场信息获取能力。
在船舶领域,三轴转台主要应用于船舶导航系统和海洋观测设备的定位和导航。
通过控制转台的运动,可以实现对船舶航向和船首方向的控制,提高航行安全性和导航精度。
同时,通过安装观测设备,可以对海洋环境进行实时监测和数据采集。
在机器人领域,三轴转台主要应用于机器人的运动控制和视觉定位。
通过控制转台的运动,可以实现机器人在三维空间的精确定位和运动控制,提高机器人的运动灵活性和操作精度。
同时,通过安装相机和传感器,可以实现机器人的视觉感知和环境识别,提高机器人的自主导航和任务执行能力。
三轴仿真转台控制系统的设计
三轴仿真转台控制系统的设计作者:孙克诚王琪来源:《无线互联科技》2015年第18期摘要:文章介绍了一种无人机飞行半物理仿真平台的控制系统,本系统是以ARM处理器为核心控制器,采用模块化设计的方法,设计了一个三轴转台控制系统。
系统采用PC机与下位机两级控制,使用积分分离式的PID控制算法,对三轴转台进行精确控制。
控制系统能控制三轴转台转动并对平台上捷联惯导系统姿态信息进行实时测量,保存和显示。
关键字:三轴转台;PID算法;STM32;姿态控制;捷联惯导系统;近些年来,随着现代战争的日益发展,无人机也因其无人驾驶的独特性能得到各国的重视与关注。
飞行仿真转台能够真实地模拟出无人飞行器的动力学特性,在实验室中就能对飞行器的飞行姿态进行仿真,是检测无人飞控系统性能以及进行半物理仿真实验的重要装置。
三轴转台的控制精度直接影响了仿真或调试、检测的结果,因此,三轴转台的控制系统设计往往决定了转台的质量。
本文结合实际设计了一种可实时测量平台上传感器数据的飞行仿真转台控制系统。
1系统结构及总体方案设计本三轴转台控制系统由惯性传感器模块、STM32微控制电路、OLED显示模块、按键输入模块、步进电机驱动模块、RS 232串口通信模块、编码器数据采集模块等部分组成。
系统整体结构框图如图1所示。
惯性传感器系统采集到原始信号,通过I2C总线发送给STM32微控制器,STM32控制器运用捷联惯导算法处理惯性传感器获得的数据,解算出转台的实时姿态。
在LCD液晶显示屏上实时显示姿态参数,另外使用MAX3232将TTL电平转换成RS232电平,再与PC机的COM口连接,并将姿态数据打包成固定格式的串口数据包,通过串口发送给上位机软件,在PC端上位机软件实时动态显示姿态参数和波形曲线。
在上位机软件上可以控制三轴平台的状态,模拟无人机的俯仰、翻滚、航向三轴方向上的姿态控制,控制信息通过COM口发送给STM32控制器,编码器模块采集三轴平台的转动数据经过PID算法处理后反馈给驱动电路控制步进电机转动,提高了三轴转台的转动精度。
三轴转台控制系统设计--优秀毕业论文
硕士学位论文三轴转台控制系统设计CONTROL SYSTEM DESIGN OF THREE-AXIS TURNTABLE陈丽娟哈尔滨工业大学2010年6月国内图书分类号:TP273.2 学校代码:10213 国际图书分类号:681.5 密级:公开硕士学位论文三轴转台控制系统设计硕士研究生:陈丽娟导师:伞冶教授申 请 学 位:工学硕士学科、专业:控制科学与工程所在单位:信息科学与工程学院答辩日期:2010年6月授予学位单位:哈尔滨工业大学Classified Index:TP273.2 School Number: 10213 U.D.C:681.5 Security: OpenDissertation for the Master Degree in EngineeringCONTROL SYSTEM DESIGN OFTHREE-AXIS TURNTABLECandidate: Chen LijuanSupervisor:Prof. San YeAcademic Degree Applied for:Master of Engineering Specialty: Control Science and Engineering Affiliation: School of Information Scienceand EngineeringDate of Defence:June, 2010Degree-Conferring-Institution:Harbin Institute of Technology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘 要三轴转台是应用在半实物仿真系统中,模拟被测物体姿态变化的装置。
本文中,我们研究的主要内容为三轴转台。
本文以实际工程项目为背景,主要研究三轴转台的控制系统设计。
随着武器系统精度的不断提高,对其测试装置的要求也越来越高。
论文首先简要阐述了国内外三轴转台的研究现状,并简要总结了我国转台的发展方向、各类控制方法在该领域的应用情况以及转台控制系统存在的主要问题。
一种可全方位移动的三轴转台结构设计
一种可全方位移动的三轴转台结构设计摘要:本文介绍了一种适用于一些小型飞行器模拟测试的实验平台,按要求对其结构进行了设计,并制作了实验的样机。
该实验平台实现可以三个旋转自由度和地面的全方位移动,并且该平台不需要驱动元件,结构简便实用。
关键词:三轴转台;全方位移动;结构设计引言三维转台作为航空、航天研究中的关键地面设备是导航制导设备的关键,所以转台的技术研究一直受到发达国家航空航天领域的高度重视。
三轴转台是用于飞机,导弹,飞船等其他飞行器及地面半实物仿真的关键设备,它可在实验室环境内实时地模拟复现飞行器在空中的动力学特性和飞行器在空间进行中滚转、俯仰、偏航等的运动姿态,转台技术广泛应用于航空、航海、国防建设领域中。
目前,各国研究制作的转台都是带有驱动机构的大型控制转台,这些测试转台无论是机械结构还是测量控制系统都极其复杂,转台的制作使用成本昂贵,操作复杂;而且,这些平台大多是不可自由移动的。
这对于一些需要在地面自由移动的小型简易的实验飞行器和其他一些需要低成本半实物仿真的设备,显然是不适合。
而针对这种在地面自由移动,低成本,使用、操作方便的飞行器设备实验仿真测试平台。
本文提出一种新的可全方位移动的三轴转台设计。
1.结构设计1.1整体结构方案设计按照设计要求,本设计具体地说是一种可全方位移动的三轴转台,包括彼此转动连接的转动部分及移动平台,转动部分包括转杆、中环及外环,移动平台包括底座、支杆及万向轮,外环转动安装在底座上,底座上沿周向均布有多个支杆,每个支杆均连接有万向轮,通过万向轮实现水平方向前后、左右两个平移自由度;中环转动安装在外环内,转杆作为被测对象的载体转动安装在中环内,通过转杆相对于中环转动、中环相对于外环转动及外环相对底座转动实现三个旋转自由度,如图1所示。
图1 转台三维模型1.2转动部分结构设计转台的转动部分包括中间转杆、中环及外环,具体情况可以参照图1。
中环和外环采用的正八边形的形状。
小型无人机三轴飞行仿真转台设计
人机 控 制 系统 的研 究提 供 了一个 地 面半仿 真 实验 的平 台 。 关 键 词 :三轴 转 台;结构 设 计 ;步 进 电机 ;控 制 系统 中图 分类 号 :T J 8 5 文献 标 志码 :A
De s i g n of a 3 一 Axi s Fl i g ht Si mu l a t o r f o r a Sm a l l UAV
2 0l 3— 1 1
兵 工 自动 化
Or d n a n c e I n d us t r y Aut o ma t i o n ・7 3・
3 2 ( 1 1 1
d o i :1 0. 76 9 0 / b g z d h . 2 01 3 . 1 1 . 0 2 0
0 引 言
小 型 无 人 机 具 有 噪 音 低 、 目标 小 、 效 费 比高 、 雷达信 号弱 、 机 动 性 强 等 特 点 ,对 起 降条 件 限 制 小 , 特别适 合在特殊环境 下使用 。 对 于小型无人机 而言 ,
良好 的 飞 行 控 制 系 统 至 关 重 要 。 小 型 无 人 机 的机 动 性 和 执 行 任 务 的 能力 很 大 程 度 上 取 决 于 其 飞 行 控 制 系统 的设计水平 。
f l i g h t s i mu l a t o r i s d e s i g n e d f o r t h e r e s e a r c h o f a s ma l l UAV.Pe r f o r ma n c e i n d e x a n d s t r u c t u r e o f li f g h t s i mu l a t o r i s
三轴转台仿真设计---设计说明书
目录摘要 (3)Abstract (4)1 绪论 (6)1.1 引言 (6)1.2 国外研究状况 (6)1.3国内研究状况 (6)2 三轴转台的机械设计 (8)2.1 三轴转台的概述 (8)2.1.1 三轴转台的性能指标 (8)2.1.2三轴转台工作原理概述 (8)2.1.3 伺服驱动电机的选择与计算 (9)2.1.4 直流力矩电机的计算分析 (12)2.1.5 框架的选材 (13)2.2 转台结构的设计 (14)2.2.1 外环装配示意图 (14)2.2.2 中环装配示意图 (15)2.2.3 内环装配示意图 (15)2.2.4 总装配示意图 (16)2.2.5 零件示意图 (16)3 伺服系统的总体设计 (17)3.1伺服系统的组成 (17)3.2 三轴转台的工作原理 (18)3.3 伺服系统硬件的选择 (18)3.3.1 直流电机驱动器的选择 (19)3.3.2 圆光栅编码器增量式YGM506 的选择 (20)3.3.3 稳压器的选择 (20)3.3.4 软件可编程器件的选择 (21)3.3.5 串口卡的选择 (21)3.4 伺服控制系统的硬件接线图 (23)4 三轴转台的运动仿真 (24)4.1 概述 (24)4.1.1 主要优点 (25)4.1.2 研究复杂的实际情况 (25)4.2 三轴转台仿真过程[20] (26)5 结论 (28)6 工作展望 (29)致谢 (30)参考文献 (31)2王伟摘要航空、航天工业发展水平是一个国家科技、经济及国防实力的重要标志。
在航空航天领域中, 惯性导航和制导技术是一项核心技术, 三轴转台是测试惯性元件及半实物仿真的重要非标设备, 其性能的好坏直接影响仿真和测试的可靠性和置信度。
三轴转台是以控制理论、相似理论、系统技术和信息技术为基础,利用计算机和专用物理设备为工具,为惯性导航和制导系统仿真试验提供平台的关键设备【1】。
它能够复现空间质心运动中的转角、角速度、角加速度等物理指标。
通过PMAC实现三轴转台控制系统设计
通过PMAC实现三轴转台控制系统设计随着自动控制理论和数字计算机及其应用技术的不断发展,以计算机为基础的控制技术迅猛发展,被控对象规模更大,控制过程和规律也更加复杂和精密,控制方法也更加灵活多样[1]。
在转台的控制系统中,除了用来产生输入信号的仿真机之外,计算机还扮演了控制器的角色。
根据控制器的不同形式,计算机控制系统分为集中式、分布式、集散式三种类型,其中集散式控制器又分为PC机与单片机、PC机与PC机、PC机与嵌入式控制器三种形式。
转台运动控制系统是转台设计中最为关键的部分,本课题中选用PC 机与嵌入式控制器的形式,其中PC机采用性能稳定的IPC(工控机),嵌入式控制器选用美国DeltaTau公司的可编程多轴控制器PMAC,即IPC+PMAC。
1 转台的基本结构与组成由于各种民用、军用飞行器技术的快速发展,当今世界各国都十分重视半实物仿真技术的研究和应用,而三轴转台是半实物仿真的重要设备之一[2]。
通常,三轴转台提供模拟飞行器飞行姿态角和为被试件提供测试条件的功能,以便验证全数字仿真的实验结果并进一步优化或改良飞行器设计方案。
转台负载放在内框之上,由平板固定,内框、中框和外框均可绕其轴向做360°旋转运动,可以模拟飞行器的3个自由度的横滚、俯仰和航向运动。
三轴转台由控制部分和机械部分组成,转台的控制部分由一个控制柜和一台IPC组成,转台机械结构由框架结构、动力源、支承结构、驱动方式、轴系结构、配重方式等组成。
本课题中的转台采用UOO结构,外框架采用音叉形式(U型),其结构简单,转动惯量小,并可相应缩小转台总体尺寸;中框架和内框架采用封闭框形式(O型),易于实现整圈旋转。
转台的3个轴系均采用精密机械轴承支撑,直流无刷电机驱动,运用海德汉增量式编码器进行速度、位置反馈,并在每轴运用滑环进行导线转接,可使框体做无限旋转运动。
2 PMAC控制器简介PMAC(Programmable Multi-Axis Controller)是美国Delta -Tau公司生产的系列运动控制器。
三轴飞行仿真转台控制系统设计
三轴飞行仿真转台控制系统设计路平;刘凯;王龙【摘要】为实现转台的高精度控制,设计了转台数字控制系统.该控制系统以MSP430单片机为控制核心,采用模块化的设计理念和开放式的结构形式,设计了转台控制系统的硬件电路,并对其功能和原理进行了论述.以VC+ +6.0为开发环境,设计了控制系统的上位机软件结构;以IAR EW 5.0为开发环境设计了控制系统的下位机软件结构.为验证控制系统的性能,进行了控制实验,结果表明:系统控制效果良好,达到了预期效果.【期刊名称】《传感器与微系统》【年(卷),期】2016(035)009【总页数】5页(P110-113,117)【关键词】三轴转台;控制系统;硬件电路;软件设计【作者】路平;刘凯;王龙【作者单位】军械工程学院无人机工程系,河北石家庄050003;军械工程学院无人机工程系,河北石家庄050003;军械工程学院无人机工程系,河北石家庄050003【正文语种】中文【中图分类】TP273三轴飞行仿真转台是一种在航空、航天等领域中进行模拟、仿真、测试等相关实验的半实物仿真设备,可以通过对三个框架实施不同的运动,模拟飞行器在空中的各种飞行动作和姿态变化,军事和民用价值日益突出。
转台的内、中、外三个框架分别模拟飞行器的滚转、俯仰、偏航运动[1]。
超低速、宽调速、高频响、高精度是仿真转台最重要的技术指标,设计合理的控制系统是实现转台技术指标的关键,关系到仿真结果的优劣[2]。
转台控制系统作为转台系统的核心部件,主要用于控制转台转动,实现转台的飞行仿真功能。
本文设计了一种基于MSP430单片机的转台数字控制系统,从硬件设计、软件设计和系统调试与转台控制实验三个方面对搭建的转台数字控制系统进行了较为详尽的阐述。
通过数字控制器实现对转台的闭环控制,控制策略采用软件程序实现,具有结构简单、控制精度高、抗干扰能力强、可靠性高等特点,控制效果良好。
转台控制系统的设计思路是采用人机交互界面的形式,实现转台指令的收发以及转台的检测;通过下位机即转台的数字控制器实现对转台的高精度控制。
三轴虚拟仿真转台系统设计及实现_刘正华
作者简介: 刘正华, 北京航空航天大学博士研究生, 研究方向: 虚拟样机, 建模与仿真, ,() 2 0’( 2 0’5 。
计算机工程与应用
!""#$%&
!N
箱中提供了简单的线性控制模块和滤波模块, 可以方便地实现 前置滤波、 ’() 控制和其他连续时间系统的模拟仿真。 另 一 种 方法是使用 *+,-.+/ 模块,将机械系统仿真分析工具同控制设 计仿真软件有机地联系起来, 最终实现整个虚拟样机系统的设 计与开发。在实际系统开发中, 后一种方法可以很方便将机械 模型与先进控制率有机结合起来, 进行联合仿真; 同时可以简 化数学模型的建立,最终获得该控制率下的机电联合仿真结 果。 该文正是采用后者方法, 建立起虚拟转台系统模型, 通过加 载控制率进行机电联合仿真分析, 最终输出分析结果。
调用接口, 将转台零件图形库调入软件平台实现模型装配; 再通过 ’(’)* 与 )’KL’M 软件之间的仿真接口, 将控制器 调入转台样机; 最终实现机械模型和控制方法的联合仿真分析, 获得虚拟转台的特性, 包括样机传函和三框运行动 静 态 精度等特性状况。 关键词 虚拟仿真转台 虚拟样机 虚拟装配
虚拟仿真转台联合仿真分析及其实验结果
该 文 利 用 0)012 软 件 实 现 了 三 轴 虚 拟 仿 真 转 台 的 设 计
与开发。通过先对转台样机进行模态分析( 该文仅以某型转台 , 内框作为研究对象) , 获 得 该 型 转 台 内 框 名 义 传 递 函 数 ! "( #) 见公式( ; 同 时 利 用 24BC/4,D 设 计 系 统 ’) 参 数 及 前 馈 传 递 %) , 取名义传函的倒数, 且 % 取值为 "$& 。然后将 函数 ! $ ( #) ! $( #) 虚拟仿真转台系统的机械模型和控制率有机结合, 进行联合仿 真来设计和仿真真实转台系统, 如图 & 所示。
三轴飞行模拟转台框架的优化设计
三轴飞行模拟转台框架的优化设计
赵雨旸;张广玉;李涵武
【期刊名称】《机械工程师》
【年(卷),期】2003(000)011
【摘要】用有限元分析方法在动态分析的基础上,以各框架的转动惯量为目标函数,以框架尺寸和一阶固有频率为约束条件,建立了三轴飞行模拟转台各框架的优化数学模型,采用ANSYS的APDL参数化设计语言将有限元分析与优化设计有机结合起来,编制了用于复杂结构的优化设计程序,实现了自动的优化设计过程.
【总页数】3页(P31-33)
【作者】赵雨旸;张广玉;李涵武
【作者单位】哈尔滨工业大学,机电学院,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学,机电学院,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学,机电学院,黑龙江,哈尔滨,150001【正文语种】中文
【中图分类】V417+.6;TH122;TP391.9
【相关文献】
1.电动三轴飞行模拟转台的设计研究 [J], 赵子鹏
2.三轴飞行模拟转台的动态特性分析 [J], 赵雨旸;李涵武
3.三轴飞行模拟转台控制系统设计 [J],
4.用模态综合法对三轴飞行模拟转台进行动力学分析 [J], 张建华;姜寿山;祝强
5.三轴转台框架的形状优化设计 [J], 陈时锦;张龙江;蔡鹤皋
因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
三轴飞型转台
摘要航空、航天工业发展水平是一个国家科技、经济和国防实力的重要标志。
而转台则作为航空、航天等领域中进行半实物仿真和测试的关键设备,也就在其研制过程中起到了极其重要的作用。
采用飞行模拟转台进行仿真不仅加快了武器与飞行控制系统的研制过程,也是研制费用大大降低,同时它是保证航空、航天型号产品和武器系统精度及性能的基础。
因此,转台的研究与制造对航空、航天工业和国防建设的发展具有重要作用。
本次毕业设计主要工作有对现有三轴飞行转台进行调研和分析,明确三轴转台的工作原理和结构组成部分,同时对实验室现有状况进行考察并对其建模,给出其中现有各物件尺寸及相对位置,还有设计外框马达单通道试验结构、中框马达单通道试验结构和内框电机试验结构、撰写论文。
关键字转台;仿真;驱动元件IAbstractAviation and aerospace industry development level is an important symbol of national science and technology, economy and national defense strength. While the turntable as aviation, aerospace and other fields ofhardware-in-the-loop simulation and test of key equipment, also in the process of its development has played a very important role.The flight simulation turntable simulation not only speed up the process of development of weapon and flight control system, also is development cost is greatly reduced, at the same time it is to ensure that aviation and aerospace model product and the basis of weapon system accuracy and performance. Therefore, the study of the turntable and manufacturing for the development of aviation, aerospace industry and national defense construction plays an important role.The graduation design main job is to the existing research and analysis for three axis turntable flight, clear the working principle and structure of the three-axis turntable part of inspection for the laboratory existing conditions and its modeling, given the current size of various objects and the relative position, and the design frame motor single channel of frame structure, the test motor single channel test structure and frame motor test structure, writing essays.Keywords turntable;simulation;driving elementII目录摘要 (I)Abstract ........................................................................................................................ I I 第1章绪论.. (1)1.1 课题研究的目的、背景和意义 (1)1.2 国内外测试转台的发展概况 (1)1.2.1 国外对测试转台的研究 (1)1.2.2 国内对测试转台的研究 (3)1.3 未来转台发展趋势 (5)1.4 本章小结 (5)第2章半实物仿真 (6)2.1 半实物仿真系统定义 (6)2.2 半实物仿真的先进性及其特点 (6)2.3 半实物仿真的基本组成和原理 (6)2.4 三轴飞型转台与半实物仿真 (7)2.5 本章小结 (8)第3章三轴转台的概述 (9)3.1 三轴转台工作原理的概述 (9)3.2 仿真转台驱动原件的选择和标准 (9)3.2.1 液压驱动的优缺点 (9)3.2.2 电机驱动的优缺点 (10)3.3 驱动型式的选择 (10)3.4 本章小结 (11)第4章驱动元件试验场地 (13)4.1 实验室地基 (13)4.2 储能器 (13)4.3 实验室整体建模 (14)4.4 本章小结 (15)第5章外框马达单通道实验方案 (16)5.1 试验环境 (16)5.2 马达受力计算 (16)III5.3 负载盘设计 (16)5.3.1 设计条件 (16)5.3.2 偏载件 (17)5.3.3 负载盘 (17)5.3.4 负载总成 (18)5.4 底座 (19)5.5 外框驱动元件试验结构 (21)5.6 本章小结 (22)第6章中框马达与内框电机试验 (24)6.1 中框马达试验 (24)6.1.1 试验环境 (24)6.1.2 模拟负载 (24)6.1.3 底座 (25)6.1.4 安装弯板 (25)6.2 内框电机试验 (25)6.2.1 模拟负载 (25)6.2.2 电机的安装及固定 (25)6.3 中框马达和内框电机试验 (26)6.4本章小结 (27)结论 (28)致谢 (29)参考文献 (30)附录1 (32)附录2 (36)IV第1章绪论1.1课题研究的目的、背景和意义航天、航空以及航海事业的发展水平反映了一个国家的综合国力,体现了一个国家的经济发展水平、科技发展水平以及军事实力的综合体现。
三轴转台台体结构设计说明
[7] 陈时锦、张龙江、蔡鹤皋.三轴转台框架的形状优化设计.中国惯性技术学报1996
[8] A Louis. Design Study for a High Accuracy Three-Axis Test Table. AIAA
[17]陈兴林.三轴飞行仿真转台控制系统设计与研究[D]. 哈尔滨:哈尔滨工业大学, 1994
[18] Louis. A. Demove. Design Study for High Accuracy Three-axis Test Table.AIAA. Guidance and Control Conference, 1985.
仿真转台性能的优劣直接关系到仿真试验可靠性和置信度,是制导回路精度的关键。这给兼顾岸舰和舰空导弹导引头仿真的三轴仿真转台高实时、高精度和高频响等技术指标提出了很高要求,这给仿真转台的总体方案确定和研制提出了新的课题,也给转台测控系统设计与实现提出了更高的要求。世界上一些军事大国,如美国、俄罗斯、德国、法国等都特别重视仿真系统的研究开发,投入大量的人力、物力。美国是世界上最早研制和使用转台的国家,它的第一台转台于1945年诞生于麻省理工学院(MIT)。至今为止,美国转台的研制和使用,无论在数量、种类,还是在精度和自动化程度上都居于世界领先地位,代表了当今世界转台的发展水平和方向。英、法、德等国也从事转台的研制工作,但无论投入的人力和财力,还是所达到的水平都不如美国。俄罗斯的惯性技术水平也较高,但由于保密性强,对其具体情况了解不多。美国60年代开始,对转台的主要部件如轴承、驱动元件、角度传感器和检测仪器进行了系统的改进,研制成功了专用于转台的空气轴承,大调速比、高精度液压马达和高分辨率的角度传感器,并开发了宇航专用飞行仿真软件,实现了系统仿真由模拟系统向数字仿真系统的转变,由部分功能仿真向全弹道仿真的转变,代表了目前国际的先进水平。1969年之后,美国的转台设计和制造进入了系列化阶段:位于宾夕法尼亚匹兹堡的康特维斯-戈尔兹公司(Conirvs- Goez Cooperatio,简称CGC)成为美国制造惯性导航测试设备和运动模拟系统的主要厂商,并一直代表着美国乃至世界惯性设备,尤其是转台的发展水平。从70年代初开始,CGC着手研制并生产系列多轴陀螺测试转台, 1972年为DraPer实验室的第三代陀螺仪和 Honeywen公司的静电支撑陀螺仪研制成功了53D型和53E型转台,1978年为西德航空航天研究试验院研制成功了53G一型转台。53系列转台台体的形式均为多轴,其中53B型为四轴惯性制导测试系统,53D型、53E型、53G型、53W型为三轴转台,普遍采用了气浮轴承,轴系回转精度和正交精度均达到角秒级,使用感应同步器作测角元件,测角精度和定位精度均达到1角秒。1984年CGC公司开始研制“高精度三轴测试台ITATT'',ITATT''是超精密三轴测试设备,其三轴的综合指向精度小于1’’,0.001~200°/s下的瞬时速率误差<=10^-6。ITATT在轴承、台体结构、驱动装置、测角系统、控制方法、电气系统和信号传输与处理方面都有许多新技术得以应用,比如采用有源磁悬浮轴承。随着寻的制导半实物仿真的需要,国外还研制出五轴转台。美国卡坷公司生产的5一450R.5型转台,其内面三轴模仿导弹的姿态角运动,外面两轴用于目标仿真。仿真系统进入了实用化和商业化阶段,对高精度导航控制系统的研发起了极大的促进作用。由于仿真转台在军事和国防上的敏感性,国外一直对我国进行技术封锁和禁运。
大摩擦情况下三轴飞行模拟转台QFT鲁棒控制器的设计
大摩擦情况下三轴飞行模拟转台QFT鲁棒控制器的设计刘金琨;尔联洁【期刊名称】《中国航空学报(英文版)》【年(卷),期】2004(017)001【摘要】三轴飞行模拟转台是用于飞行控制系统半实物仿真的高性能位置跟踪和速度跟踪的一个重要设备.摩擦力和不确定性是三轴飞行模拟转台伺服系统的主要特性.在基于转台的动态和静态非线性Stribeck摩擦模型描述的基础上,考虑转台伺服系统的实际不确定性,设计了QFT鲁棒控制器,并给出了仿真和实时控制效果.%The 3-axis flight table is an important device and a typical high performance position and speed servo system used in the hardware-in-the-loop simulation of flight control system. Friction force and uncertainty are the main characteristics in the 3-axis flight table servo system. Based on the description of dynamic and static model of a nonlinear Stribeck friction model, and taking account of the practical uncertainties of 3-axis flight table servo system, the QFT controller is designed. Simulation and real-time results are presented.【总页数】5页(P34-38)【作者】刘金琨;尔联洁【作者单位】Department of Automatic Control, Beijing University of Aeronautics and Astronautics, Beijing 100083, China;Department ofAutomatic Control, Beijing University of Aeronautics and Astronautics, Beijing 100083, China【正文语种】中文【中图分类】V211.3因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
三自由度精密转台设计
电 子 机 械 工 程
2005年第 21卷第 5期
Electro - M echan ica l Eng ineer ing
2005. Vol. 21 No. 5
三自由度精密转台设计 3
袁海平 (中国电子科技集团公司第十四研究所 , 江苏 南京 210013)
摘 要 :论述了三自由度精密转台的技术要求 、结构设计和三轴运动的实现方式 ;并对轴系精度 、定位精 度和测角精度进行了分析计算 ,保证了转台的精度 。 关键词 :精密转台 ;定位精度 ;测角精度 中图分类号 : TN820. 8 文献标识码 : A 文章编号 : 1008 - 5300 (2005) 05 - 0038 - 03
4 结 论
该三自由度精密转台的设计 ,结构紧凑 ,刚度好 , 精度高 ,满足使用要求 。该高精度转台的设计成功可 为同行借鉴 。
参考文献 :
[ 1 ] 吴风高. 天线座结构设计 [M ]. 西安 :西北电讯工程学院 出版社 , 1986.
[ 2 ] 王生洪 ,龚振邦 , 王世萍编. 电子设备机械设计 [M ]. 西 安 :西北电讯工程学院出版社 , 1986.
3 收稿日期 : 2005 - 02 - 28
第 5期
袁海平 :三自由度精密转台设计
39
图 1 三自由度精密转台
为此设计成圆筒形结构 ,内壁两层和若干辐射筋 ,提高 其抗弯 ,抗扭刚度 。底座内上层安装轴承 ,中层安装旋 转变压器 ,在底座外有一安装减速机的托架 。为方便 接插电缆和便于旋转变压器的装拆及维护调整 , 底座 开窗孔 ,窗孔四周加凸缘 , 以加强此局部的结构刚度 , 并便于安装盖板 。转台底部中心部位装有方位主轴 , 联结于转盘底部 , 方位主轴通过联轴节带动旋转变压 器工作 。
三轴转台结构设计
三轴转台结构设计主要包括以下部分:机械结构:三轴转台机械结构主要包括底座、转台台体、中心轴、轴承等部分。
其中,底座是整个转台的基础,必须具有足够的刚性和稳定性,以支撑整个转台台体的重量和转动时的动态载荷。
转台台体是实现转动的主要部件,其设计应考虑到加工精度、转动惯量、负载能力等因素。
中心轴是连接底座和转台台体的关键部件,需要具有足够的刚性和耐磨性,以承受转动时的动态载荷和摩擦力。
轴承是实现转动的关键部件,需要选择适合的轴承类型和规格,以保证转台的转动精度和使用寿命。
控制系统:三轴转台控制系统包括控制系统硬件和软件两部分。
控制系统硬件主要包括控制器、驱动器、传感器等部分,用于实现转台的精确控制和监测。
控制器是控制系统的核心部分,可以接收来自上位机的指令,并根据指令控制驱动器的输出,以实现转台的精确转动。
驱动器是控制系统的执行机构,可以根据控制器的指令输出合适的电压或电流,以驱动电机转动。
传感器是控制系统的反馈机构,可以实时监测转台的位置、速度等参数,并将参数反馈给控制器,以实现闭环控制。
控制系统软件是实现精确控制的核心部分,可以采用各种控制算法和策略,以实现转台的快速、稳定、精确的转动。
负载结构:三轴转台负载结构主要包括负载安装板、负载支撑架等部分。
负载安装板是用于安装各种测试设备和仪器的部件,必须具有足够的刚性和平整度,以确保测试设备的稳定性和测试精度。
负载支撑架是用于支撑负载安装板的部件,必须具有足够的承载能力和稳定性,以承受各种测试设备和仪器的重量和动态载荷。
总之,三轴转台结构设计需要综合考虑机械结构、控制系统和负载结构等方面的因素,以确保转台的精度、稳定性和可靠性。
同时,还需要根据实际应用需求进行优化和改进,以满足特定的测试要求和使用场景。
机械制造及自动化专业毕业论文--微型飞行器模拟转台设计
目录1 前言 (2)1.1模拟转台的出现 (2)1.2研究概况及发展趋势 (3)1.3本设计的内容和特点 (3)2 转台机械系统方案的选择及评价 (4)2.1 部件的选择 (4)2.2 方案的选择和评价 (13)3 偏转部分设计 (15)3.1:偏转部分齿轮机构的设计 (15)3.2:航向部分轴的校核 (20)4 偏航部分的设计 (23)4.1 转台导轨的设计 (23)4.2 偏航运动的螺纹传动设计计算 (28)4.3 螺纹传动动力源的选择 (33)4.4 偏航部分齿轮机构设计 (33)5 滚转部分的设计 (39)5.1 滚转部分的相关计算 (39)6 升降部分的设计 (41)6.1 螺纹传动的设计计算 (41)6.2 升降部分齿轮机构设计 (45)6.3 动动力源的选择 (50)7 俯仰部分的设计 (52)7.1 俯仰部分的相关计算 (52)参考文献 (54)致谢................................................ 错误!未定义书签。
1 前言1.1模拟转台的出现机械是各类机器的统称。
它是人类改造自然,发展自己的主要劳动工具。
它能把热能、电能、化学能转化成机械能,也能将机械能转换成其它类型的能量。
它能改变或传递力并产生运动,完成人们所期待的许多工作。
机械工业历来都是发达国家的重要支柱产业,是一个国家的工业基础。
从70年代开始,由于各国政府重视和发展高新技术,特别是微电子技术,微机技术的引入,使传统的机械工业在产品结构和生产系统结构等方面发生了质的变化,使其焕发了新的生命,形成了一个崭新的现代机械工业。
可以毫不夸张地说,现在的世界,仍然是一个机械化生产的世界。
工业机械化的大力推进,机械制造技术的水平与制造业的发达程度突出反映了一个国家的经济实力和科学技术水平。
新技术的推广和应用,使得新产品不断出现,新产品与原有事物相比变化越来越大,最明显的表现在体积变得越来越小。
三轴惯性陀螺测试转台控制系统的研制
三轴惯性陀螺测试转台控制系统的研制 摘要介绍了三轴惯性陀螺测试转台的工作方式及其控制系统的功能, 研究了以8051单片机为系统控制核心的转台控制器的硬件及软件设 计问题,提出了采用8051单片机及Intel8254定时/计数器 对步进电机进行开环位置及速度控制的解决方案。
关键词陀螺测试转台单片机步进电机运动控制 导航系统是飞行器的重要组成部分。
惯性陀螺仪表普遍应用于各种类型的飞行器的导航系统中,它反映了 飞行器的飞行姿态以及其它重要导航信息,保证了人为或自动驾驶仪对飞 行器进行控制的安全性与准确性。
为了确保惯性陀螺仪表工作的可靠性,需要对仪表进行定期的校验, 用测试转台测试陀螺仪表是比较常用的方法。
某机场所使用的测试转台大部分存在老化严重以及功能单一的问题, 尤其是部分转台还是老式的手动转台,很难保证校准精度,所以需要研制 新型数字化的低成本的高精度陀螺测试转台及其控制系统。
1陀螺测试转台及其控制系统介绍 陀螺测试转台主要由高精度转台及其控制系统组成。
三轴转台由 ψ 轴转台、θ 轴转台、φ 轴转台三个子系统组成,分别实 现三个轴的转动。
各子系统由台体、驱动系统、转动系统以及执行机构组成。
选用步进电机作为各子系统驱动装置,经蜗轮蜗杆及齿轮减速后输出 旋转运动。
转台的三个子系统中,θ 轴转台固定在 ψ 轴转台的转盘上,φ 轴转台 固定在 θ 轴转台的转盘上。
将被测试陀螺仪表固定于 φ 轴转台的转盘上, 按测试要求控制转台各 轴进行旋转,模拟飞机飞行中的各种姿态,陀螺仪表则输出相应的姿态信 息,比较转台的姿态与仪表的输出即可校对仪表偏差。
各子系统的运转由其控制器控制。
控制器的主要功能是接收操作人员的控制指令,对控制面板输入的控 制参数进行计算或转换, 变为步进电机的运转控制信号, 输出到测试转台; 转台在控制器的控制下可工作在速度、转角、自动等模式;转台控制器能 够与上位计算机进行串行通讯,并执行上位计算机的控制指令。
三轴仿真转台设计及动力学研究的开题报告
三轴仿真转台设计及动力学研究的开题报告
一、选题的背景和目的:
随着现代科技的快速发展,仿真技术在工程设计、现场应用、教育培训等领域发挥着
越来越重要的作用。
三轴仿真转台作为一种常见的机电设备,广泛应用于天文、航空、航天等领域的测试和实验中。
本课题旨在设计一种新型的三轴仿真转台,并进行动力
学研究,为实验和测试提供更加准确、高效和稳定的技术支持。
二、研究内容和方法:
1. 设计新型三轴仿真转台:
本课题将设计一种新型的三轴仿真转台,该转台将采用柔性连接技术,增加制动装置
和传感器,提高其稳定性和可靠性。
同时,针对不同领域的应用需求,改变转台的尺寸、载重量等参数。
2. 进行动力学研究:
利用MATLAB软件对设计的新型三轴仿真转台进行动力学仿真分析,主要包括静态力学、动态力学、运动学等方面的研究。
通过研究转台的运动轨迹、加速度、角速度等
参数,评估其性能和稳定性,提出改善措施。
三、研究意义和预期成果:
1. 研究意义:
通过设计新型三轴仿真转台,提高其稳定性和可靠性,为测试和实验提供更加准确、
高效和稳定的技术支持。
同时,研究其动力学特性,掌握其运动状态,为优化控制提
供可靠的理论支持。
2. 预期成果:
设计出一种新型的三轴仿真转台,能够满足不同领域的测试和实验需求。
通过动力学
研究,掌握其运动状态和特性,提高其控制精度和稳定性。
同时,为进一步对仿真技
术进行研究和应用提供可行性和可靠性的技术支持。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
摘要航空、航天工业发展水平是一个国家科技、经济和国防实力的重要标志。
而转台则作为航空、航天等领域中进行半实物仿真和测试的关键设备,也就在其研制过程中起到了极其重要的作用。
采用飞行模拟转台进行仿真不仅加快了武器与飞行控制系统的研制过程,也是研制费用大大降低,同时它是保证航空、航天型号产品和武器系统精度及性能的基础。
因此,转台的研究与制造对航空、航天工业和国防建设的发展具有重要作用。
本次毕业设计主要工作有对现有三轴飞行转台进行调研和分析,明确三轴转台的工作原理和结构组成部分,同时对实验室现有状况进行考察并对其建模,给出其中现有各物件尺寸及相对位置,还有设计外框马达单通道试验结构、中框马达单通道试验结构和内框电机试验结构、撰写论文。
关键字转台;仿真;驱动元件AbstractAviation and aerospace industry development level is an important symbol of national science and technology, economy and national defense strength. While the turntable as aviation, aerospace and other fields ofhardware-in-the-loop simulation and test of key equipment, also in the process of its development has played a very important role.The flight simulation turntable simulation not only speed up the process of development of weapon and flight control system, also is development cost is greatly reduced, at the same time it is to ensure that aviation and aerospace model product and the basis of weapon system accuracy and performance. Therefore, the study of the turntable and manufacturing for the development of aviation, aerospace industry and national defense construction plays an important role.The graduation design main job is to the existing research and analysis for three axis turntable flight, clear the working principle and structure of the three-axis turntable part of inspection for the laboratory existing conditions and its modeling, given the current size of various objects and the relative position, and the design frame motor single channel of frame structure, the test motor single channel test structure and frame motor test structure, writing essays.Keywords turntable;simulation;driving element目录摘要 (I)Abstract ........................................................................................................................ I I 第1章绪论.. (1)1.1 课题研究的目的、背景和意义 (1)1.2 国内外测试转台的发展概况 (1)1.2.1 国外对测试转台的研究 (1)1.2.2 国内对测试转台的研究 (3)1.3 未来转台发展趋势 (5)1.4 本章小结 (5)第2章半实物仿真 (6)2.1 半实物仿真系统定义 (6)2.2 半实物仿真的先进性及其特点 (6)2.3 半实物仿真的基本组成和原理 (6)2.4 三轴飞型转台与半实物仿真 (7)2.5 本章小结 (8)第3章三轴转台的概述 (9)3.1 三轴转台工作原理的概述 (9)3.2 仿真转台驱动原件的选择和标准 (9)3.2.1 液压驱动的优缺点 (9)3.2.2 电机驱动的优缺点 (10)3.3 驱动型式的选择 (10)3.4 本章小结 (11)第4章驱动元件试验场地 (13)4.1 实验室地基 (13)4.2 储能器 (13)4.3 实验室整体建模 (14)4.4 本章小结 (15)第5章外框马达单通道实验方案 (16)5.1 试验环境 (16)5.2 马达受力计算 (16)5.3 负载盘设计 (16)5.3.1 设计条件 (16)5.3.2 偏载件 (17)5.3.3 负载盘 (17)5.3.4 负载总成 (18)5.4 底座 (19)5.5 外框驱动元件试验结构 (21)5.6 本章小结 (22)第6章中框马达与内框电机试验 (24)6.1 中框马达试验 (24)6.1.1 试验环境 (24)6.1.2 模拟负载 (24)6.1.3 底座 (25)6.1.4 安装弯板 (25)6.2 内框电机试验 (25)6.2.1 模拟负载 (25)6.2.2 电机的安装及固定 (25)6.3 中框马达和内框电机试验 (26)6.4本章小结 (27)结论 (28)致谢 (29)参考文献 (30)附录1 (32)附录2 (36)第1章绪论1.1课题研究的目的、背景和意义航天、航空以及航海事业的发展水平反映了一个国家的综合国力,体现了一个国家的经济发展水平、科技发展水平以及军事实力的综合体现。
这个领域的发展程度对国防、经济、政治乃至人民的生活都具有非常重要的意义。
当今随着科技的不断发展,其在人民生活中也有着越来越重要的意义。
同时人类对太空的探索越来越深入,对探索工具及飞行器的精密度、可控性的要求也更加严格,其中航天飞机的升空飞行、导弹的准确定位与自动跟踪均离不开惯性导航与制导技术。
在现代军事工业、航天工业中,高精确制导的导弹、自动导航的飞行器,在战争中具有越来越重要的作用,因此世界各个国家都极其重视制导系统的研究开发。
在研制的过程中,如何准确的获得飞行数据和规律就成为了研制高性能准备的关键。
在早期的导弹、飞行器的研制过程中。
为了获得这些飞行数据,使用的是外场地试验法,就是在武器本身上安装各种传感器,并在实际飞行中测量实验数据,在根据测得的数据进行分析并评价系统的性能,由于这种方法成本太高,不具备重复性,会造成财力、物力、人力的浪费,同时这样有限的试验所获得的规律不可能十分准确,也就不利于飞行器的研制和更新换代。
另一种方法就是在转台上测试,仿真设备在地面测试和评价制导系统的各项性能指标。
仿真转台是用于类似飞机、导弹等飞行器姿态仿真的运动模拟器,是整个制导系统运动仿真或转台系统控制与测试的核心设备之一,主要功能是用来模拟导弹在空中的三种角姿态(俯仰、偏航、横滚)运动,作用是将仿真机计算出来的飞行姿态的电信号转变为惯性负载和转台系统可以识别的机械转角信号,便于导弹或飞行器的研发和结构优化设计。
1.2国内外测试转台的发展概况1.2.1国外对测试转台的研究转台的研究与发展,一直都是以美国为代表的。
美国式最先进的制造转台的国家。
第一台转台于1945年诞生于麻省理工学院,这种转台后来被命名为A 型转台。
这种转台使用滚珠轴承支撑,交流力矩电机直接驱动,位置分辨率为角分级,这就是美国转台发展的第一阶段。
后来麻省理工在A型转台的基础上进行修改,用精密齿轮系代替直接驱动装置,研究出了B型和C型转台。
从那时起美国的转台研究就无论是在数量、种类还是精度和自动化程度上都居于世界领先水平,代表了当今世界转台的发展水平和方向。
转台的发展经历从单轴、低精度、单功能到多轴、高精度、多功能的各个阶段。
1954年,D型转台研制成功,这标志着转台的发展已经达到一个新的水平。
D型转台的轴的支撑采用成对的精密锥形滚珠轴承,用直流力矩电机直接驱动轴系,使动态性能得到改善。
转台的角位置测量采用光电敏感系统。
为了减少轴系的摩擦,降低干扰力矩,1959年开始,研究出了D型液压轴承转台,大大提高了测试精度。
1968年,在D型液压轴承转台的基础上设计和制造了E型转台,这被认为是进入美国转台发展的第二阶段。
E型转台采用径向和轴向有压力补偿的液压轴承,并在耳轴上采用空气轴承,由一个光学读出系统测量角度,转台的定位精度在3角秒之内。
这一时期的美国转台主要采用空气轴承和交流力矩电机直接驱动,从而因摩擦力的减小而大大提高了转台的位置精度和速率精度与速率平稳性。
并开始应用计算机参与系统控制,如菲克公司研制的3768型、3769型单轴转台及5769型双轴转台。
六十年代以后,由于美国的陆海军和民用部门应用惯性系统越来越多,对陀螺精度要求也越来越高,因此转台的研究进入了一个飞速发展的时期。
这一时期的转台大多采用气浮轴承,力矩电机直接驱动,直至发展为采用计算机控制,这一时期转台对漂移率(陀螺、加速度计等惯性原件及平台系统的性能指标)的测试精度已经达到0.001º/h以上。
1969年以后,美国的转台设计和制造进入了系列化阶段,技术进一步得到发展和完善,相应的转台也成为一种广泛使用的测试设备。
从那时候至今,位于美国宾夕法尼亚洲的康特维斯-戈尔兹公司(Contraves-Georz Corporation 简称CGC)成为美国制造惯导测试设备和运动模拟系统的主要厂商,并一直代表美国乃至世界惯性设备,尤其是转台的发展水平。
从20世纪70年代初开始,CGC着手研制并生产系列多轴陀螺测试转台,具体为:1972年为Draper实验室的第三代陀螺仪和HoneyWell公司的静电支撑陀螺仪,研制成功了53D型和53E型转台,1979年为西德航空航天研究试验院研制成功了53G型转台。