液压飞行模拟转台机械结构设计开题报告.doc

一、选题的依据及意义随着飞机和导弹的快速发展，要求其具有更高的性能和稳定性,这就要我们通过对他们的性能参数进行测量评估进而进行改进，但一架真正的飞机或一枚导弹的成本太高,我们不可能也没有必要用一架真正的飞机或导弹来进行实验采集数据,这就要求我们采用一些比较合理的实验装置来实现飞机或导弹的飞行状态，这样飞行模拟实验转台得以发展。该转台可以将重物放在其上面也可以用来对飞行员进行培训，因为它可以模拟飞机在空中飞行的各种姿态。该装置的出现既达到了对飞机或导弹性能参数的采集，进而改进，在成本上远远低于一架飞机或导弹的价格，对飞机和导弹的发展具有不可估量的价值。飞行模拟转台是具有重大经济价值和国防战略意义的高精尖实验设备，它是在实验室条件下模拟飞行器或导弹在空中飞行姿态半实物仿真的有力工具，它和目标发生装置组合在一起模拟导弹跟踪目标的过程，可以真实地模拟出导弹等飞行器在空间的各种姿态和动力学特性，从而对其传感器件、控制系统和执行机构等硬件设备的性能加以测试和评价，为飞行器的研制、改进和再设计提供各种参考依据。它的性能指标直接关系到飞行仿真结果的逼真度。随着当前国际形势的日益严峻和我国现代军事技术的不断发展，对模拟转台的精度要求不断提高。作为一种高精度的运动仿真设备，其台体动态特性直接影响到转台动态仿真的可靠程度。在设计阶段对机械台体进行动态特性分析和优化设计，尤其是对框架等结构支撑部件的动态特性研究和结构优化设计十分重要。二、国内外研究概况及发展趋势目前,大部分飞行模拟转台采用串联式机构,而本设计则采用并联式机械机构来实现的。采用并联机构其承载能力大,机构简单。本机构由上下两个工作平台,下平台固定在地面上,上平台用来放待实验的物品,在上下平台之间采用三个液压缸连接,通过液压缸上声高度的不同,来实现上平台的倾斜,而上平台可由电动机带动旋转从而达到模拟飞机在飞行过程中的各种状态。飞行模拟器研制及应用被认为是飞行模拟技术发展的基础性工程和关键环节，一直受到世界各国尤其是发达国家的高度重视。美国是世界上最早开展飞行模拟器研究和应用的国家，在技术和数量上一直居领先地位。据统计，美国的飞行模拟器研制和采办费用每年增长一倍，仅1995年2000年的费用就高达36亿美元。俄罗斯同样是世界上的飞行模拟大国和强国，他们的所有飞机都配备有相应的飞行模拟器，仅空中飞行模拟器就有20余种，其中包括先进的空地综合飞行模拟系统。值得提出的是俄罗斯在飞行模拟器的基础理论研究，特别是人-机工效学和飞行员建模与仿真等方面都名列前茅。英、德、法等国的飞行模拟器研制及应用也始终处于世界先进行列。我国在飞行模拟器研制及应用方面虽然起步比美、俄、英法等国较晚，但仍是世界上发展飞行模拟器较早的国家。于20世纪60年代开始使用射击练习器和仪表飞行练习器，并建立了研究用飞机控制系统模拟试验台、航空发动机模拟试验台。20世纪80年代发展更快，先后研制成功了一系列研制用飞行模拟器和工程用飞行模拟器，并普及设计、制造和使用了各个机种的飞行模拟训练器。出此，我国还是世界上少数能够设计和建造空中飞行模拟器的国家之一，所以可堪称为“飞行模拟器大国”。11单片机控制系统的发展概况单片机，就是单片微型计算机的简称，又称微控制器。2自上世纪70年代面世以来不过短短30余年的历史，但因嵌入式应用而得到迅猛的发展，各种新颖的单片机层出不穷，令人目不暇接。它具有因体积小、成本低、控制能力强等优点，又由于现在开发环境的不断改善，正在以空前的速度迅速取代经典电子系统，广泛的应用于家用电器、机器人、工业控制单元、仪器仪表、汽车电子系统、金融电子系统、通讯系统等嵌入式产品中。目前单片机的种类繁多，世界各国厂商已研制出大约50个系列、30多个品种的单片机产品。与早期经典的8位单片机MCS51相比，无论是频率、字宽、寻址范围、集成度等方面都有了巨大的突破。现代科技的发展使得单片机的功能正日渐完善:1、单片机集成越来越多资源，内部存储资源日益丰富，用户不需要扩充资源就可以完成项目开发，不仅是开发简单，产品小巧美观，同时系统也更加稳定，目前该方向即是发展为SOC(片上系统)。2、单片机抗干扰能力加强，使的它更加适合工业控制领域，具有更加广阔的市场前景。3、单片机提供在线编程能力，加速了产品的开发进程，为企业产品上市赢得宝贵时间。4、在线仿真变的容易。用户一旦开发一个比较大的系统，开发调试变的非常复杂，同时由于单片机资源有限，不能象PC一样直接调试自己的软件，于是出现了品种繁多的专业仿真器，为用户的开发提供了强大功能，加速了开发进程，降低了开发难度。目前还已经有公司推出了可以在线调试的单片机，使得单片机系统的调试与开发变得更加方便、快速。随着单片机的发展，人们对事物的要求越来越高，单片机的应用软件技术也发生了巨大的变化，从最初的汇编语言，开始演变到C语言开发，不但增加了语言的可读性，结构性，而且对于跨平台的移植也提供了方便，另外一些复杂的系统开始在单片机上采用操作系统，一些小的嵌入式实时操作系统（RTOS）等，一方面加速了开发人员的开发速度，节约开发成本，另外也为更复杂的实现提供了可能。当前比较流行的RTOS有:WINCE，uClinux，Linux，uC/OS等等。本次设计的飞行模拟实验转台在选择控制系统时在综合考虑了微机、单片机和可编程控制器的成本、控制的难易程度和结构化布线等因素后，也拟定采用单片机进行控制。2PID控制算法的发展概况PID（Proportional-Integral-Derivative）即比例、积分、微分，指的是一项流行的线性控制策略。由于在工业生产过程的实际控制中，总是存在外界的干扰和系统中各个参数的变化，它们将会使系统性能变差。为了改善系统的性能，提高控制质量，通常在控制中引入比例（Proportional）环节来提高系统的快速性；为了消除静态误差，提高精度，加强系统对参数变化的适应能力，引入积分(Integral)环节；为了提高系统对动态过程的预知能力，克服惯性的影响，引入微分(Derivative)环节。这就是通常所说的PID控制。3按照偏差的比例、积分、微分进行控制（PID控制）是连续系统控制理论中技术最成熟、应用最为广泛的一种控制技术。它结构简单、参数易于调整、稳定性能好、可靠性高，使它在控制理论和技术飞速发展的今天仍然具有强大的生命力，在长期应用中已经积累了丰富的经验。特别是工业过程控制中，在决定系统参数的时候往往要借助现场调试和经验，在这种情况下，PID控制就更显示它的威力。其应用经久不衰，应用范围越来越广泛，改进方法也越来越多。二十世纪60年代发展、成熟起来的现代控制理论和近几年发展的智能控制理论仍在大量的PID控制的方法和思想。按照偏差的比例、积分和微分进行控制是过程控制中应用最为广泛的一种控制规律。实际运行经验和理论分析都充分证明，这种控制规律在相当多的工业对象的控制中是可以得到较满意的控制效果的，在计算机控制系统里首先采用的控制算式也是PID。三、设计要求及工作内容1.采用并联机构，由三个液压缸联接上下两个平台，下平台固定，上平台的位姿通过液压缸的伸缩调整。同时上平台上安装可以绕轴旋转机构，从而实现飞行姿态模拟。2.由微机（单片机）控制液压缸的伸缩，从而调整上平台的位姿。3.设计液压飞行模拟转台的机械结构。4.设计液压缸的液压系统。5.设计单片机控制系统的电路。6.设计相关控制算法。四、目标、主要特色及工作进度目标：设计一个三由于液压缸支撑并通过液压缸上升高度的不同来实现一个倾斜角度,单片机控制，使用PID控制算法的飞行模拟实验转台。主要特色：该系统具有位置检测和速度检测功能，可通过改变液压缸上升的高度不同使工作台与水平面的夹角变化,实现飞机飞行时的各种倾斜状态,从而达到模拟飞机的作用.工作进度：（1）搜集资料写开题报告，英文翻译。（2周）第4周第5周（2）模拟转台的机械结构设计，绘制零件图和装配图。（5周）第5周第10周（3）设计液压缸的液压回路。（1周）第10周第11周（4）设计单片机控制系统的电路图并编写相关控制算法。（3周）第11周第14周（5）撰写毕业论文。（1周）第14周第15周五、参考文献1.刘兴堂，吕杰，周自全主编，空中飞行模拟器.北京：国防工业出版社，2003.22.赵佩华.单片机接口设计及应用.北京：机械工业出版社，20033.陈康宁等.机械工程控制基础.西安：西安交通大学出版社，19974.成大先主编，机械设计手册（液压传动）.北京:化学工业出版社，20045.吴宗泽主编,机械设计实用手册.北京:化学工业出版社,1999.1(2000.6)6.璞良贵，纪名刚主编，机械设计.第七版，高等教育出版社，20017.孙恒，陈作模主编，机械原理.第六版，高等教育出版社，20028.余锡存，曹国华.单片机原理及接口技术.西安电子科技大学出版社，20009.杨叔子，杨克冲.机械工程控制基础.华中科技大学出版社，200310.田长虹.变频调速控制系统.西北电力技术，2004，311.傅叔霞.变频调速系统集成化中控制芯片设计，现代电子技术，200512.何克忠，李伟.计算机控制系统.北京：清华大学出版社，199813.章宏甲，黄谊主编，液压传动.北京：机械工业出版社，2000.914.高钟毓.机电控制工程.第2版.北京：清华大学出版社，2001.15.鲍可进.PID参数自整定的温度控制J.江苏理工大学学报，1995（6）74.