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飞行模拟转台设计【4张CAD图纸和说明书】

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关键词：: 飞行模拟摹拟转台设计 cad 图纸以及说明书仿单

资源描述：

目录
1. 绪论 1
1.1 选题的依据及意义 1
1.2 国内外研究概况及发展趋势 1
2 . 单片机控制系统设计 2
2.1 单片机的选用及功能介绍 2
2.2 片外存储器功能简介 3
2.3 显示与键盘部分设计 4
2.4 交流异步电动机变频调速系统 6
    2.4.1 交流异步电动机变频调速原理 7
    2.4.2主电路和逆变电路工作原理 7
    2.4.3 变频与变压 10
    2.4.4 电动机与单片机的接口 12
2.5 位移和转速检测部分的设计 13
    2.5.1 位移检测传感器和转速检测传感器的选用 13
    2.5.2 光栅位移和转速传感器与单片机的接口设计 14
3．机械结构与液压传动系统设计 17
3.1升降系统结构分析 18
    3.1.1液压缸结构 18
    3.1.2 液压缸零部件分析 21
    3.1.3油缸的壁厚校验 23
3.2 传动系统结构分析与计算 24
    3.2.1 电动机的选择 24
    轴尺寸设计 27
    3.2.3 键的选择与校核 29
    3.2.4 皮带的选择 30
3.3 液压系统分析 33
    3.3.1液压系统 33
    3.3.2 液压泵与电动机的选择 34
结论 36
参考文献 37
致谢 38
1. 绪论
1.1 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。
1.2 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”。

2 . 单片机控制系统设计
飞行模拟实验转台的控制系统可以是微机、单片机、可编程控制器等，考虑到本次设计的飞行模拟实验转台仅有3个液压缸和一个电动机，控制器需要进行的运算量不大，而且本系统提供的功能并不复杂，单片机MCS-51足以。所以从节省成本的角度出发选择了单片机控制系统。
将本次单片机的控制系统划分为以下几个模块：

图2-1 单片机模块图
2.1 单片机的选用及功能介绍
MCS-51系列单片机是美国INTEL公司在1980年推出的8位单片微型计算机。其典型产品有8031、8051和8751三种机型，除片内程序存储器的容量不同外，其内部结构与引脚完全相同。在此我们选用了较为常用的8051芯片。其引脚示意图如图3.1-1所示：MCS-51系列单片机由微处理器、存储器、定时器/计数器、串行和并行的I/O接口、中断系统合振荡器构成。
8051的P0.0～P0.7这8根引脚采用分时复用的方法作低8位地址线与双向8位数据线；P2.0～P2.4这5根引脚在访问片外存储器或扩展I/O接口时，提供高位地址；P2.5～P2.7和P1.0这4根引脚接2片74LS138译码器，产生片选信号；引脚ALE接地址锁存器74LS373、8155、8279和SA4828的使能端；EA/VPP端因不访问片内存储器而接地；X1、X2接6MHz的晶振；RESET端接重启电路。[8]
2.2 片外存储器功能简介
片外存储器扩展包括程序存储器（ROM）扩展和数据存储器（RAM）扩展。
MCS-51系列单片机具有64KB的程序存储空间，其中8051、8071片内有4KB的程序存储器，8031片内无程序存储器。当采用8051、8071型单片机而程序超过4KB，或采用8031单片机时，就需对程序存储器进行外部扩展。
外部程序存储器的扩展原理如图2-2所示：[2]

图2-2 外部程序存储器扩展原理图
外部程序存储器可选用EPROM、E2PROM、PAGED EPROM和KEPROM等。紫外线擦除电可编程只读存储器EPROM，典型产品有Intel公司的系列芯片2716（2Kx8位）、2732A（4Kx8位）、2764A（8Kx8位）、27128A（16Kx8位）、27256（32Kx8位）和27512（64Kx8位）等，在这些芯片上均设有一个玻璃口，在紫外线下照射20分钟左右，存储中的各位信息均变为1。以后通过编程器可将这些程序固化到这些芯片中。
如在实时数据采集和处理时，仅靠内部的RAM是远远不够的，因此必须扩展外部数据存储器。常用的数据存储器有静态RAM和动态RAM两种。以下为静态RAM与MCS-51的接口外部数据存储器的扩展方法如图2-3所示：[2]

图2-3 外部数据存储器的扩展原理图
6264是8Kx8位的静态随机存储芯片，采用CMOS工艺制造，单一+5V供电，额定功率200mW，典型存储时间200ns，为28线双列直插式封装。6264的A0～A12这13条地址线与锁存器的输出及P2口对应线相连，6264的D0～D7这8条数据线与8031的P0口对应相连，6264的和与8031的和对应，CS0接高电平。[8]
按照这种片选方式，6264的8KB地址范围不唯一，6000H～7FFFH是一种地址范围。当向该片6000H单元写有个数据DATA时，可用如下指令：
MOV A，#DATA
MOV DPTA，#6000H
MOVX @DPTR，A
从7FFFH单元读一个数据时，可用如下指令：
MOV DPTR，#7FFFH
MOVX A，@DPTR
上面讨论的是8031扩展一片EPROM或RAM的方法。在实际应用中，可能需要扩展多片EPROM或RAM。本次设计要扩展8Kx8位的EPROM和8Kx8位的RAM各3片。当CPU通过指令MOVC A，@A+DPTR发出读EPROM操作时，P2、P0发出的地址信号应能选择其中一片的一个存储单元，即8片2764不应该同时被选中，这就是所谓的片选。我们采用了地址法译码，译码芯片为2片74LS138。总共可提供16个片选信号。
2.3 显示与键盘部分设计
显示设备有CRT、LCD、LED等，我们选用的是功能简单的LED数码管显示器。
LED显示器由7条发光二极管组成显示字段，有的还带有小数点dp。将7段发光二极管阴极连在一起，称为共阴接法，当某个字段的阳极为高电平时，对应的字段就点亮。
LED要正常工作需要通过I/O接口芯片8155与8051相连。

8155芯片内具有256个字节的RAM，两个8位、一个6位的可编程I/O和一个14位计数器，与MCS-51接口简单，是单片机应用系统中使用最广泛的芯片。[8]
8155可以和MCS-51直接相连。8155的RAM和各端口地址如下：
RAM的地址：000H～00FFH
命令口：0200H
A口：0201H
B口：0202H
C口：0203H
定时器低位：0204H
定时器高位：0205H
设8051RAM中有6个显示缓冲单元79H～7EH，分别存放6位显示器的显示数据。8155的A口扫描输出总有一位为高电平，8155的B口输出相应位的显示数据的段数据，使每一位显示出一个字符，其余位为暗，依次改变A口输出的饿高电平位及B口输出对应的段数据，6位显示器就显示出缓冲器的显示字符。程序清单如下：

全部文件.jpg

装配图.jpg

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内容简介：: 毕业设计（论文）任务书 I、毕业设计 (论文 )题目：飞行模拟转台设计业设计 (论文 )使用的原始资料 (数据 )及设计技术要求： 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. 通过控制液压缸的伸缩，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。业设计 (论文 )工作内容及完成时间： 1. 搜集资料写开题报告，英文翻译。第 1 周第 2 周 2. 模拟转台的机械结构设计。第 3 周第 5 周 3. 绘制零件图和装配图。第 6 周第 8 周 4. 设计液压缸的液压回路。第 9 周第 10 周第 11 周第 14 周 6. 撰写毕业论文。第 15 周第 16 周 7. 答辩准备及毕业答辩第 17 周、主要参考资料： 1 赵佩华单片机接口技术及应用北京：机械工业出版社， 2003 2陈康宁等机械工程控制基础西安：西安交通大学出版社， 1997 3何克忠，李伟计算机控制系统北京：清华大学出版社， 1998 4成大先等机械设计手册（液压传动）北京：化学工业出版社， 2004 5机械设计手册编委会机械设计手册北京：机械工业出版社， 2004 6 of a on a 003)7:175航空与机械工程院（系）机械设计制造及其自动化专业类 0781053 班学生（签名）：日期：自 2011 年 3 月 15 日至 2011 年 5 月 28 日指导教师（签名）：助理指导教师 (并指出所负责的部分 )：航空与机械工程系（室）主任（签名）：附注 :任务书应该附在已完成的毕业设计说明书首页。 on n of of to by be to 0%s to is on is to a ur is on ) is to of to is to to Be a is is is to if s 00 00 0- 200 ms on be to 00 is to 00 800 of is 2) Is of of (LC to do a of is a to a is is to in If in a to to to if at to or a if to to 3) is is in is a of Be a to be to to in to or in to a is 4) A of to do is to to to to a of 5) is of is do to to to A on a be Be a to is to No of is is to on to up as as s is a s , in s , is on of it to In to a to to to Be in is to be up up of Go of of to 1) Be in in to a is is a to 2) is to of on To of is to a We If in a an Be of In of If of at in 3) to of r a to be to if be as a up to as of in of 4) is Be to We to a is to to If to at a if to is of as as is of if at to is If To is a s 5) of In a is is to To is of C on is an he a is to to a a It is is of at To to MP s. 论药品包装机械的概念设计近年来，由于我国经济形势的持续高涨和国家对制药行业强制性推行品生产质量规范 )认证制度，药品包装机械取得了长足的进步。新产品日益增多，技术水平有了很大的改进。但与国际水平相比还存在着很大的差距，近60%的产品达不到发达国家上世纪 80 年代的水平，先进大型的设备主要依赖进口。我国药品包装机械的低技术水平在很大程度上是由我国企业设计人员低水平设计引起的。一、我国药品包装机械现状分析我国药品包装机械与国际先进水平相比尚有较大的差距： 1) 机械性能落后，国产药品包装机械大多精度低、速度慢、平稳性差。包装机械运转过程包含大量复杂的间歇式运动，主要由凸轮、连杆来实现。然而许多设计人员不会根据工作循环图和精度要求独立设计计算凸轮连杆机构的运动学和动力学参数，只是简单的把国外样机的凸轮连杆零件拆卸下来进行逐点测绘，造成执行机构误差很大。国产药品包装机械大多运行速度较低，如铝塑泡罩包装机的冲裁频率一般为 100 300 个 /自动药盒包装机的装盒速度 50200 盒 /国际上先进的铝塑泡罩包装机的冲裁频率能够达到 600 个 /自动药盒包装机的装盒速度能够达到 600 800 盒 /产药品包装机械不仅运行速度慢，而且还伴有较大的噪音。 2) 控制水平落后。国产药品包装机械大多控制水平低、自动性差、故障率高。国产药品包装机械 (主要指盒装和灌装机械 )大多采用现场控制，而国外先进的药品包装机械大多由计算机系统实现监控，控制水平相对落后。大多数国产药品包装机械自动性较差。一是普遍采用单机生产模式，全自动生产线少。二是做不到全自动运转，需要人工加料，手动装箱。如一些纸盒包装机中，药板、说明书纸页、纸盒都需要手动加料，且需专人随时注意说明书、药板、纸盒是否已经用完，以免造成机器空转或造成缺说明书、药板、药盒现象的发生。另外，国产药品包装机械故障率较高。控制元器件 (如继电器、电磁阀、接触器、断路器等 )等经常容易损坏，死机故障也时有发生。 3)功能单一、可扩展性差。药品包装机械是针对特定的包装形式设计的。一般在规定的规格范围内可调。而我国许多药品包装机械在设计时考虑不充分，没有为进一步的改造留出足够的空间，致使设计的机械只能适应于几种简单的模板，不适应包装材料或模板尺寸的变化，即使适应生产的包装成品质量也不佳。 4）综合考虑不足，资源没有充分利用。我国药品包装机械设计存在着混乱现象，许多机械设计人员对电机拖动同步技术、伺服传动技术不了解，可用简单的电器设备解决的问题却用复杂的机械装置来实现，有的虽然采用了同步电机等装置来控制机构运行，但选取不当。这些情况不仅造成了资源的极大浪费，而且使设计的机械的性能低下。 5)造型死板。我国的药品包装机械设计时很少考虑机械的造型，很多厂家生产的机械造型不美观，甚至没有造型，给人感觉僵硬、死板、没有活力。一些药盒包装机中，螺钉螺母都安装在机器的外面板上，而一些润滑用的油杯和油嘴也随处可见，加油时容易使机器到处沾满油污，给人印象粗糙，不美观。二、药品包装机械概念设计的内容人们经过多年的研究，将概念设计定义为：“在确定了任务后，通过抽象化拟定功能结构，寻求适当的作用原理及其组合等，确定出基本求解途径，得出求解方案。这一部分设计工作叫做概念设计”概念设计指明确设计目的和现有条件后，设计者搜索多方面的知识，分析提炼后生成框架式的广泛意义上的解。药品包装机械的概念设计要求根据产品生命周期各个阶段，进行产品功能创造、功能分解以及功能和子功能的结构设计，进行满足功能和结构要求的工作原理求解和进行实现功能结构的工作原理载体方案的构思和系统化设计概念设计的过程是一个求解实现功能的、满足各种技术和经济指标的、可能存在的各种方案并最终确定综合最优方案的过程。概念设计的作用主要体现在产品设计的早期阶段。总设计师根据产品功能的需求而萌发出来的原始构思和冲动形成产品的主体框架，及它应包括的各主要模块和组件，以完成整体布局和外型初步设计。然后进行评估和优化，确定整体设计方案。再由各部分设计人员把总设计师的设计思想落实到具体设计中去，实现细节设计。实施药品包装机械的概念设计首先要求设计人员加强对药品包装的认识，深化理解药品包装的内涵，引进现代包装理念，积极与国际接轨。现代包装不仅是保障产品的安全，使产品运输方便，而且起着宣传、环保、防伪、美观等多方面的作用。药品包装机械设计人员应密切关注包装系统的发展悉包装材料的发展和其对机械产品的要求。只有这样才能设计出满足用户要求的高水平机械产品。药品包装机械的概念设计的内容主要有： 1)明确设计任务，做好可行性分析。设计者在进行设计工作初始阶段时应充分考虑产品的可行性。一方面是市场的考虑，包括产品销售、产品原料、制造费用的考虑；另一方面是产品加工的考虑，包括现有加工能力、加工工艺、加工性能及周边配套行业的考虑。周边配套环境的考虑主要指当地企业加工能力、加工水平、热处理工艺及基础设施的建设等。 2)功能设计。我国大多数药品包装机械是对国外同类机型的仿制。但由于我国存在的特殊国情，须对产品进行适当的改造，以满足我国的要求。而不是一味的照抄照搬。设计的机械除需要满足盒装、灌装功能外，我们还须考虑包装机械的附加功能，如包装盒中应加入量杯、药勺等工具，以方便用户使用。在机种的开发方面可以设计较为先进的机械，如无菌包装机械、保鲜包装机械等。还可以开发药品包装前处理成套设备和后处理配套设备。 3)功能分解。药品包装机械属于机电一体化产品，设计时应全面考虑各功能。一般而言，药品包装机械功能大致可分为机构运动、监测传感、信息处理及控制功能 3 大部分。机构运动功能按不同机种又可细分，如铝塑泡罩包装机可分为成型、热封、压痕、冲裁 4 大功能，而纸盒包装机械可分为折纸、下纸、药板推送、纸盒打开、纸盒传输、折舌、插舌、压平和打批号等功能。在设计过程中还要考虑机械润滑、机械安全运行、包装卫生等功能。这要求设计人员充分考虑检测技术，光、机、电一体化技术、计算机技术流技术之间的交叉联系。 4)机构设计。为实现预定的功能，我们需要使用不同的机构。这一过程中需综合考虑整机的各个部分，使设计的产品在满足使用要求的同时，结构简单、实用。药品包装机械机构设计时，应选择和组合适当的机构运动原理，充分考虑实现特定运动所需机构，如凸轮机构，连杆机构，凸轮连杆机构。同时还应运用分离传动技术，综合考虑传动轴 (如花键轴和阶梯轴等 )和传动系统的设计问题。设计过程中应尽量减少不确定性因素造成的影响，使机构运行平稳。设计时还应对机械进行动力学分析，以提升机械运行速度和平稳性。另外还应考虑包装机械的多样、可调、容错、可扩展、平稳性以及美观化，追求机械轻巧但稳定。设计过程可参考各类包装机械设计的长处，同时借鉴别的机械 (如塑料机械、印刷机械 )的优点。除进行机构设计外真空、电器控制等，以期最优组合该产品。 5)系统控制方案的设计。药品包装机械中一个很重要的部分就是对各机构实时检测补偿，以保证设备运行顺畅。现在很多机械产品选用了大量的光电开关作为检测元件，有的机械上还装备有诸如微机检测泡罩系统之类的系统。这都需要精心设计和整个控制系统连为一体。三、结束语将概念设计的思想融入药品包装机械的设计可以减少设计失误，缩短设计周期，加快产品的开发，使设计的产品更合理、更具有亲和力、更适合人机工程。同时它也是降低成本和提高企业竞争力的主要手段。为了改善药品包装机械设计落后、缺乏竞争力的被动局面，以适应“后代”带来的挑战，设计人员必须重视产品概念设计，深化理解概念设计的重要性。学士学位论文原创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师的指导下独立完成的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含法律意义上已属于他人的任何形式的研究成果 ,也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌航空大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。作者签名：日期：导师签名：日期：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。采用并联机构的优点在于其承载能力大 ,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 ,通过液压缸上升高度的不同 ,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、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”。 1 1 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 51 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（，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 :S 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。 2 制算法的发展概况比例、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（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 (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 (节。这就是通常所说的制。 3 按照偏差的比例、积分、微分进行控制（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，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三、设计要求及工作内容 1 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。片机）控制液压缸的伸缩，从而调整上平台的位姿。飞行模拟转台的机械结构。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 . 毕业设计 (论文 )工作内容及完成时间： 1. 搜集资料写开题报告，英文翻译。第 1 周第 2 周 2. 模拟转台的机械结构设计。第 3 周第 5 周 3. 绘制零件图和装配图。第 6 周第 8 周 4. 设计液压缸的液压回路。第 9 周第 10 周第 11 周第 14 周 6. 撰写毕业论文。第 15 周第 16 周 7. 答辩准备及毕业答辩第 17 周五、主要参考资料： 1片机接口技术及应用北京：机械工业出版社， 2003 2械工程控制基础西安：西安交通大学出版社， 1997 3伟计算机控制系统北京：清华大学出版社， 1998 4 机械设计手册（液压传动）北京：化学工业出版社， 2004 5械设计手册北京：机械工业出版社， 2004 6of a on a 003)7:1757I. L. M. V. A 2001,7:1049 毕业设计（论文）开题报告题目飞行模拟转台设计专业名称机械设计制造及其自动化班级学号 078105310 学生姓名李江指导教师高延峰填表日期 2011 年 5 月 8 日说明开题报告应结合自己课题而作，一般包括：课题依据及课题的意义、国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）、研究内容及实验方案、目标、主要特色及工作进度、参考文献等内容。以下填写内容各专业可根据具体情况适当修改。但每个专业填写内容应保持一致。飞行模拟转台设计学生姓名：李江班级： 0781053 指导老师：高延峰老师摘要：飞行模拟转台是航空航天仿真试验的重要设备之一，近年来仿真技术的发展对飞行模拟转台提出了更高的要求，同时也促进和飞行模拟转台的开发。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。本文主要介绍液压模拟转台，包括设计特点和主要性能，并对主要指标的测试情况作了简单介绍和分析。关键字：飞行模拟转台航空航天仿真指导老师签名： he s Li 0781053 is is of in of is is of it is in in or it is a to of in of of of is to of It is to of in of is As a of of of In of of of is of of 编号：毕业设计（论文）资料袋（此表仅供各学院（系）装袋参考用）题目名称飞行模拟转台设计学生姓名李江学号 078105310 专业机械设计制造及其自动化学院（系）航空与机械工程系指导教师姓名高延峰职称教授序号资料名称袋内有者划序号资料名称袋内有者划 1 任务书 9 指导教师评分表（或存学院） 2 开题报告 10 评阅人评分表（或存学院） 3 学士学位论文原创性声明 11 成绩评定表（或存学院） 4 说明书或论文其它 5 译文（含原稿） 1 6 附图张 2 7 电子文档（或存学院） 3 8 毕业设计进度登记表（或存学院） 4 综合评定成绩指导教师（签字）：归档责任人（签字）： 20011 年 5 月 28 日目录 1. 绪论 . 错误 !未定义书签。题的依据及意义 . 错误 !未定义书签。内外研究概况及发展趋势 . 错误 !未定义书签。 2 . 单片机控制系统设计 . 错误 !未定义书签。片机的选用及功能介绍 . 错误 !未定义书签。外存储器功能简介 . 错误 !未定义书签。示与键盘部分设计 . 错误 !未定义书签。流异步电动机变频调速系统 . 错误 !未定义书签。流异步电动机变频调速原理 . 错误 !未定义书签。电路和逆变电路工作原理 . 错误 !未定义书签。频与变压 . 错误 !未定义书签。动机与单片机的接口 . 错误 !未定义书签。移和转速检测部分的设计 . 错误 !未定义书签。移检测传感器和转速检测传感器的选用 . 错误 !未定义书签。栅位移和转速传感器与单片机的接口设计 . 错误 !未定义书签。 3 机械结构与液压传动系统设计 . 错误 !未定义书签。降系统结构分析 . 错误 !未定义书签。压缸结构 . 错误 !未定义书签。压缸零部件分析 . 错误 !未定义书签。缸的壁厚校验 . 错误 !未定义书签。动系统结构分析与计算 . 错误 !未定义书签。动机的选择 . 错误 !未定义书签。尺寸设计 . 错误 !未定义书签。的选择与校核 . 错误 !未定义书签。带的选择 . 错误 !未定义书签。压系统分析 . 错误 !未定义书签。压系统 . 错误 !未定义书签。压泵与电动机的选择 . 错误 !未定义书签。结论 . 错误 !未定义书签。参考文献 . 错误 !未定义书签。致谢 . 错误 !未定义书签。南昌航空大学科技学院学士学位论文 1 1. 绪论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。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、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南昌航空大学科技学院学士学位论文 2 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”。 2 . 单片机控制系统设计飞行模拟实验转台的控制系统可以是微机、单片机、可编程控制器等，考虑到本次设计的飞行模拟实验转台仅有 3个液压缸和一个电动机，控制器需要进行的运算量不大，而且本系统提供的功能并不复杂，单片机以从节省成本的角度出发选择了单片机控制系统。将本次单片机的控制系统划分为以下几个模块：图 2片机模块图片机的选用及功能介绍 980年推出的 8位单片微型计算机。其典型产品有 8031、 8051 和 8751三种机型，除片内程序存储器的容量不同外，其内部结构与引脚完全相同。在此我们选用了较为常用的 8051 芯片。示：列单片机由微处理器、存储器、定时器 /计数器、串行和并行的 I/断系统合振荡器构成。 8051的根引脚采用分时复用的方法作低 8位地址线与双向 8位数据线； 5 根引脚在访问片外存储器或扩展 I/O 接口时，提供高位地址； 4根引脚接 2片 74码器，产生片选信号；引脚 48155、 8279 和使能端； 6接重启电路。 8 显示部分逆变电路单片机位移和转速检测电路片外存储器键盘部分光电隔离驱动电路电动机南昌航空大学科技学院学士学位论文 3 外存储器功能简介片外存储器扩展包括程序存储器（展和数据存储器（展。 4中 8051、 8071 片内有 48031片内无程序存储器。当采用 8051、 8071型单片机而程序超过 4采用 8031单片机时，就需对程序存储器进行外部扩展。外部程序存储器的扩展原理如图 22 图 2部程序存储器扩展原理图外部程序存储器可选用。紫外线擦除电可编程只读存储器型产品有司的系列芯片 2716（ 2 、2732A（ 4 、 2764A（ 8 、 27128A（ 16 、 27256（ 32 和27512（ 64 等，在这些芯片上均设有一个玻璃口，在紫外线下照射 20分钟左右，存储中的各位信息均变为 1。以后通过编程器可将这些程序固化到这些芯片中。如在实时数据采集和处理时，仅靠内部的此必须扩展外部数据存储器。常用的数据存储器有静态下为静态示： 2 指令 E 2 口数据输出锁存器数据输入 E 2 口锁存器译码南昌航空大学科技学院学士学位论文 4 图 2部数据存储器的扩展原理图 6264 是 8的静态随机存储芯片，采用艺制造，单一 +5V 供电，额定功率 200型存储时间 200 28 线双列直插式封装。 6264 的 3条地址线与锁存器的输出及对应线相连， 6264 的条数据线与 8031的 6264的 8031 的应， 8 按照这种片选方式， 6264 的 8址范围不唯一， 6000H 7一种地址范围。当向该片 6000H 单元写有个数据用如下指令： A， #6000H A 从 7用如下指令： #7A，面讨论的是 8031 扩展一片方法。在实际应用中，可能需要扩展多片次设计要扩展 8的片。当， A+作时， 8 片 2764 不应该同时被选中，这就是所谓的片选。我们采用了地址法译码，译码芯片为 2片 74共可提供 16个片选信号。示与键盘部分设计显示设备有们选用的是功能简单的条发光二极管组成显示字段，有的还带有小数点 7段发光二极管阴极连在一起，称为共阴接法，当某个字段的阳极为高电平时，对应的字段就点亮。。南昌航空大学科技学院学士学位论文 5 8155芯片内具有 256个字节的个 8位、一个 6位的可编程 I/ 单片机应用系统中使用最广泛的芯片。 8 8155可以和 8155的 000H 00令口： 0200H 0201H 0202H 0203H 定时器低位： 0204H 定时器高位： 0205H 设 8051个显示缓冲单元 79H 7别存放 6位显示器的显示数据。8155的 8155 的每一位显示出一个字符，其余位为暗，依次改变口输出对应的段数据， 6位显示器就显示出缓冲器的显示字符。程序清单如下： #79H ；显示缓冲区首址送 #01H ；使显示器最右边位亮 A， #0101H ；扫描值送入 A ；指向 A，；取显示数据 A， #12H ；加上偏移量 A， A+ ；取出字形 A ；送出显示；延时；缓冲区地址加 1 A，；；扫到第 6个显示位了吗？ A ；没有，描下一个显示位 A 昌航空大学科技学院学士学位论文 6 06H， 5466H， 6 ；显示段码表 07H， 7677H， 7 9H， 579H， 71H， 73H， 3 1H， 61H， 123H， 40H， 03H 8H， 00H， 00H， 00H #02H ；延时子程序 #0盘共设有 32 个键，由 4条行线 8条列线组成开关矩阵。对于开关矩阵的接法大多数单片机的入门教科书上大多是采用 8155 作为键盘 I/但 8155芯片不具备中断请求输出端，于是不得不采用键盘扫描程序不断的检测是否有按键被使用，这样就给单片机造成了很大的运算负担，运算量较大时有可能造成系统无法响应，所以我们在这里选用了专门用于键盘连接的 8279芯片。 8279采用单一 5V 电源供电， 40脚封装。流异步电动机变频调速系统交流异步电动机因为结构简单、体积小、重量轻、价格便宜、维护方便的特点，在生产和生活中得到广泛应用。与其他种类电动机相比，交流异步电动机的市场占有量始终第一位。然而，长期以来，交流异步电动机的调速始终是一个不好解决的难题。直到 20世纪 70年代，由于计算机的产生，以及近 20 年来新型快速的电力电子原件的出现，才使得交流异步电动机调速成为可能，并得到迅速的普及。 9目前，交流异步电动机调速系统已广泛用于数控机床、风机、泵类、传带机、给料系统、空调器等设备的动力源或运动源，并起到节约电能、提高设备自动化、提高产品产量和质量的良好效果。因此，交流异步电动机调速技术是现代自动控制专业技术人员必须要掌握的知识。现代流行的交流异步电动机调速控制方法是变频变压法（这种调速方法的原理比较简单，而且有 20 多年比较成熟的发展经验，因此应用得较多，市场上也有较多的相关产品。南昌航空大学科技学院学士学位论文 7 流异步电动机变频调速原理根据电机学理论，交流异步电动机的转速可由式 (2示： s)-1(p (29 式中 : 由上式可知，影响电动机转速的因素有：电动机的磁极对数 p、转差率 f。其中，改变电源频率来实现交流异步电动机调速的方法效果最理想，这就是所谓变频调速。电路和逆变电路工作原理变频调速实质上是向交流异步电动机提供一个频率可控的电源。能实现这一功能的装置称为变频器。变频器由两部分组成：主电路和控制电路，其中主电路通常采用交交方式，即先将交流电转变成直流电（整流、滤波），再将直流电转变成频率可调的矩形波交流电（逆变）。图 2是主电路的原理图，它是变频器常用的最基本的格式。图 2压型交交变频调速主电路（ 1）主电路中各元件的功能如下。交整流管三相交流电进行全波整流。整流后的直流电压 U=x 380V = 513V2 南昌航空大学科技学院学士学位论文 8 滤波电容在负载变化时保持电压平稳。当变频器通电时，瞬时冲击电流较大，为了保护电路元件，加限流电阻时一段时间后，通过控制电路使开关限流电阻短路。电源指示灯可以在电源断开时，作为滤波电容波电容以放电的时间较长（数分钟），几百伏的高电压会威胁人员安全，因此，在维修时要等指示灯熄灭后进行。动机在制动过程中处于发电状态，由于电路是处在断开情况下，增加的电能无处释放，使电路电压不断升高，将会损坏电路元件。所以，应给一个放电通路，使这部分再生电流耗在电阻动时，通过控制电路使开关管成放电通路。直 2 逆变开关管直流电逆变成频率可调的矩形波交流电。逆变管可以选择绝缘栅双极晶体管率效应管续流二极管逆变开关管由导通状态变为截止时，虽然电压突变将为 0，但由于电动机线圈的电感作用，储存在线圈中的电能开始释放，续流二级管提供通道，维持电流继续在线圈中流动。另外，当电动机制动时，续流二级管为再生电流提供通道，使其回流到直流电源。电阻容极管保护逆变开关管。由于开关管在开通和关断时，要受集电极电流图所示，因此要通过缓冲电路进行缓解。当逆变开关管关断时，高增长率的电压对逆变开关管造成危害，所以通过在逆变开关管两端并联电容（减少电压增长率；当逆变开关管开通时，速降低，而联在逆变开光管两端的电容（于电压降低，将通过逆变开关管放电，这将加速电流成逆变开光管的损坏。所以增加电阻（ 6），限制电容的放电电流。可是当逆变开光管关断时，该电阻又会阻止电容的充电。为了解决这个矛盾，在电子两端并联二极管（使电容在充电时，避开电阻，通过二极管充电，在放电时，通过电子放电，实现缓冲功能。（ 2）三相逆变桥的工作原理三相逆变桥的电路简图如图 2a） 9所示，图中 R、 Y、 2b） 9是各逆变管导通的时序，其中深色部分表示逆变导管。图 2b）可以看出，每一时刻总能有 3只逆变管导通，另 3 只逆变管关断；并且 5、南昌航空大学科技学院学士学位论文 9 6每对逆变管不能同时导通。在只逆变管导通，电机线圈电流的方向是从和从（设从 R 到 Y、从、从为正方向），得到线电压为在只逆变管导通，电机线圈电流的方向是从和从，得到的线电压为在只逆变管导通，电机线圈电流的方向是从和从，得到的线电压为在只逆变管导通，电机线圈电流的方向是从和从，得到的线电压为 9 图 2路简图和逆变管通断时序在只逆变管导通，电机线圈电流的方向是从和从，得到的线电压为在只逆变管导通，电机线圈电流的方向是从和从，得到的线电压为线电压。从图中可以看出，三者之间互差 120，它们的幅值是 U。南昌航空大学科技学院学士学位论文 10 图 2变输出线电压波形因此，只要按图的规律控制 6只逆变管的导通和关断，就可以把直流电逆变成矩形波三相交流电；而绝、形波三相交流电的频率可在逆变是受到控制。然而，矩形波不是正弦波，含有许多高次谐波成分，将使交流异步电动机产生发热、力矩下降、振动噪声等不利结果。为了使输出的波形接近正弦波，可采用正弦脉宽调制波。频与变压由前面的叙述可知改变电源频率可达到改变电动机转速的目的，但实际上当交流异步电动机进行变频调速时，必定会造成通过电动机铁芯的磁通量的改变。由于电动机的磁通容量与电动机的铁芯大小有关，通常在设计时与达到最大容量，因此，当磁通量增加时，将产生磁饱和，造成实际磁通量增加不上去，产生电流波形畸变，削弱电磁力矩，影响机械特性。为了解决机械特性下降的问题，一种解决方案是设法维持磁通量恒定不变，即设法使 E / f = = 常数这就要求，当电动机改变电源频率维持它们的比值不变。由于阻抗上产生的压降相对于加在绕组端的电源电压略去。则： U E 这就说明可以通过调节电压 U，使其跟随频率而调整电动机的转速。怎样实现变频的同时也变压？我们采用的方法是脉宽调制（将图 3图 20所示。南昌航空大学科技学院学士学位论文 11 图 2如图 2个脉冲的宽度为邻脉冲的间隔为 t1+z(脉冲周期 )。则等宽脉冲的占空比为 = t1+ 调节占空比，就可以调节输出的平均电压；调节，就可以改变电源频率，实现调速。通过控制电路，可以容易的实现对脉冲波的占空比和 10 但是，虽然实现了变频与变压，可是逆变电路输出的电压波形仍然是一组矩形波，而不是正弦波，仍然存在许多高次谐波的成分，因此还要进行改变。一种方法是将等宽的脉冲波变成宽度渐变的脉冲波，其宽度变化规律应符合正弦波的变化规律，如图所示。我们把这样的波称为正弦脉宽调制波，简称以得到基本满意的效果。产生正弦脉宽调制波一组等腰三角形波与一个正弦波进行比较，如图所示，其相等的时刻（即交点）作为开关管“开”或“关”的时刻。南昌航空大学科技学院学士学位论文 12 图 2形生成方法将这组等腰三角形波称为载波，而正弦波则称为调制波。正弦波的频率和扶植时刻控制的，如图 21所示，改变正弦波的频率，就可以改变输出电源的频率，从而改变电动机的转速；改变正弦波的幅值，也就改变了正弦波与载波的交点，使输出脉冲系列的宽度发生变化，从而改变了输出电压。 11 动机与单片机的接口在调制波的频率、幅值和载波的频率这 3项参数中，不论哪一项发生变化时，都使得载波与调制波的交点发生变化。因此，在每一次调整时，都要重新计算交点的坐标。显然，单片机的计算能力和速度不足以胜任这项任务。过去通常的作法是：对计算做一些简化，并事先计算出交点坐标，将其制成表格，使用时进行查表调用。但即使这样，单片机的负担也很重。为了使单片机从这一沉重的负担中解脱出来，近些年来，一些厂商推出了专用于生成三相或单项控制信号的大规模集成电路芯片，如用这样的集成电路芯片，可以大大地减轻单片机的负担，使单片机可以空出大量的时间用于检测和监控。在本次设计中，我们采用的便是相司推出的一种专用于三相既可以单独使用，也可以与大多数型号的单片机接口。该芯片的主要特点为：全数字控制；兼容列和出调制波频率范围 0 46位调速分辨率；载波频率最高可达 24部种可选波形；可选最小脉宽和延迟时间（死区）；可单独调整各相输出以适应不平衡负载；看门狗定时器。 8 脚的自单片机的数据通过总线控制和译码进入初始化寄存器或控制寄存器。它们对相控逻辑电路进行控制。外部时钟输入经分频器分成设定的频率，并生成三角形载波，三角载波与所选定的片内动生成过脉冲删除电路，删去比较窄的脉冲（如图所示），因为这样的脉冲不起任何作用，只会增加开关管的损耗。通过脉冲延迟电路生成死区，保证任何桥臂上的两个开关管不会在状态转换期间短路。看门狗定时器用来防止程序跑飞，当时间条件满足时快速封锁输出。片内种可供选择的波形，它们是纯正弦波、增强型波形和高效波形。如图所示。每一种波形各 1536个采样值。增强型波形又称三次谐波，它可以使输出提高 20%，三相谐波互相抵消，防止电动机发热。高效型波形又称带死区的三次谐波，南昌航空大学科技学院学士学位论文 13 它是进一步优化的三次谐波，可以减小逆变开关管的损耗，提高功率利用率。寄存器列阵包含 8个 8位寄存器中这些数据可能是初始化数据 ,或者是控制数据；而理上不存在。当向际是将存放的 48位数据送入初始化寄存器。当向将 8位数据送入控制寄存器。次我们选用的是 8051 的地址与数据总线，因此，过 8051 的 D 口相连，提供 8位数据和低 8位地址，051 的低 8位地址，从而将地址锁存器由 8051 的时，连接的控制信号还有读、写信号 R。 4控制信号8 个寄存器的地址为 ,寄存器 0000H 0005H;虚拟寄存器 15的地址 :00000 051的单片机能够在异常情况下封锁 051的测量调制波的频率，用于显示。输出被封锁时，发光二极管灯亮报警。个输出引脚驱动逆变桥的 6只开关管。移和转速检测部分的设计移检测传感器和转速检测传感器的选用由于转台控制量的要求精度较高，必须采用闭环控制系统，又由设计要求可知所设计的液压飞行模拟实验转台统必须具备位置检测功能。所以必须通过高精度的位移传感器对位移量进行检测和绝对式编码器对转速进行检测，将检测结果转换成数字量，反馈给单片机，通过单片机对这些数据进行处理，处理的结果作为控制量对电动机进行控制，从而实现对各个液压缸升降速度的精确和工作台转速的控制，也就是对位移量的精确控制。在此我们选用光栅位移检测传感器。原因有如下几点：（ 1）输出数字信号。光栅传感器输出的是数字信号，这使得它易于与数字电路，特别是单片机接口。这样就省去了模化了电路。南昌航空大学科技学院学士学位论文 14 （ 2）高精度。由于在某些使用场合下对转台的工作精度要求较高，所以应选用具有较高精度的位移检测传感器。而光栅尺完全符合这种需求，由于精密的光刻技术和电子细分技术，以及莫尔条纹所具有的对局部误差的消除作用，光栅传感器可以得到很高的测量精度。目前，用于长度测量的光栅，其测量误差可控制在度为 3 m/1500辨率可做到 m，允许计数速度为 200mm/s。（ 3）具备大量程。这次我们设计的同步顶升系统，其每个液压缸的最大行程为400以需要传感器具有较大的量程。但是一般的大量程的传感器其分辨率都不高，但光栅尺却可以很好的克服这个缺点。（ 4）性价比高。在测量精度方面，光栅传感器和绝对式编码器仅次于激光测量，而成本却低的多。 10 但是由于光栅传感器的光栅片一般是用玻璃制作的，而且移动光栅片与固定光栅片之间的间隙很小，因此对环境条件如湿度、温度、振动、冲击等较为敏感。环境的变化会影响光栅传感器的性能和可靠性。所以设计液压缸的结构时我们将光栅尺密封在活塞内腔中，但不与活塞一起上下运动，活塞升降时应尽量避免油液渗透进内腔污染光栅尺和电子原件。千斤顶的底座可通过螺钉与固定支架相连，可提高千斤顶的稳定性，减少振动，亦可保护光栅传感器。栅位移和转速传感器与单片机的接口设计单片机与光栅传感器的接口电路如图 2有 3个部分组成，包括光栅信号检测电路、辨向电路、位置计数电路。光栅信号检测电路由光敏三极管和两个比较器自光栅的莫尔条纹照到光敏三极管们所输出的电信号加到两个比较器的镇输入端上，而在这 2个比较器的负输入端分别由 2个个参考电压应使光栅输出的电平宽度一样（即整形）。从 a、向电路是由与门或门位寄存器 95 组成。 95的数据输入端 a， b，接收脉冲由单片机的 0端提供。因此，当 95的接收脉冲端 1 和 1、。当莫尔条纹上移时，电偏平变化序列为 00011110；但当莫尔条纹下移时，电平变化序列为 00101101。在考虑的现新行状态和上次状态时，则有逻辑信号如表所列。从表中可以看出，但把上次与本次的状态组合成一个数码时，对于莫尔条纹上移的情况，两端的位总是不等，中间两位总是相等，对于莫尔条纹下移的情况，两端的位总南昌航空大学科技学院学士学位论文 15 是相等，中间两位总是不等。利用这种明显相反的特点，通过逻辑电平辨别光栅移动方向。因此，在 4位寄存器 95中，把 2输入端，把 3输入端，其意义也就是 a、 a、样在 95中就形成了表 30中所列的代码。从单片机送来的脉冲信号是 95接收数据的时钟信号，这个时钟信号的频率较高，但这个信号从 95的产生了这种情况：只有当现行的会产生表所列的编码；如果 95中的数码和如， 1，而且不变，则接收数据信号从 95接收的结果为 0101,当 0时，在 95接收后为 0000。这些情况有利于判别明显，有如下结论：（ 1）当变时， 95的 1同。所以，只有当南昌航空大学科技学院学士学位论文 16 南昌航空大学科技学院学士学位论文 17 等时，（ 2）当 95的 1 中有，尔条纹下移；尔条纹上移。为了实现上面 2 点结论，在图中采用了时，由于有者相同。当输出 1，同时，这样，。所以，它们都不会产生计数信号。当相同时， ,出 0,故 ,使定输出 0，也不会产生计数信号。在当莫尔条纹上移时，则必有时，，出 1,使。因此 ,出的上升沿使 4位加 /减同步计数器 193进行加法计数。当莫尔条纹下移时，必有同。这时，，使。因此， Y 输出 1，。位加 /减同步计数器 193进行减法计数。位置计数电路由 2片 93串联组成，形成 8位计数器。 193是 4位加 /减计数器，加法计数时，计数信号由位信号从减法计数时，计数信号由位信号从 193可以预置数据，预置数据从收预置数据的脉冲信号从时， 193接收入的数据。端，时 193清 0。在预置和计数时，要求。在图 32 个 193的过电阻 5V，并经电容以，爱接通电源的瞬间有，，使 193接收 193清 0。然后， 193的内容由片机通过位数据，从而得到光栅的现行位置。 3 机械结构与液压传动系统设计该液压飞行模拟实验转台由升降系统、传动系统和控制系统三部分组成，可以通过升降系统来实现上工作平台的倾斜角度、通过传动系统来实现上工作平台的旋转，从而达到模拟飞机或导弹在空中飞行时的各种姿态，而控制系统则用来控制升降系统中各个液压缸上升的高度和传动系统中的电动机的转速从而达到工作平台要求的工南昌航空大学科技学院学士学位论文 18 作角度和旋转速度。升降系统有液压式、气电式、气压式、汽液两用式等，考虑到成本、实用性、使用舒适度等因素，我们最终选用了技术比较成熟的液压系统。传动系统有齿轮传动、蜗轮蜗杆传动、螺纹传动、带轮传动，考虑到有冲击则采用带轮传动，同时采用离合器从而减少对电动机的惯性冲击。控制系统可以是微机、单片机、可编程控制器等，考虑到本次设计的飞行模拟实验转台仅有 3个液压缸和一个电动机，控制器需要进行的运算量不大，而且本系统提供的功能并不复杂，单片机以从节省成本的角度出发选择了单片机控制系统。该液压飞行模拟实验转台机械结构如图 3示。升降系统有液压式、气电式、汽液两用式等，考虑到成本、实用性、使用舒适度等因素，我们最终选用了技术比较成熟的液压系统。该升降系统由三个液压缸组成。我们所设计的液压飞行模拟转台的主要参数是总高约 1500大行程为400大载荷为 1t。因液压飞行模拟转台载荷较大，位置精度要求较高，故上升速度不宜过大，最大上升速度应控制在 50mm/内。压缸结构由于液压缸的外形尺寸较大，需承受的较大的冲击载荷，所以初步拟定采用了法兰型液压缸的结构原型，并在此基础上针对液压缸的使用特性进行调整其总体结构如图 2示。为了实现工作平台的倾斜角度，液压缸的工作台与活塞杆应采用转动连接副相连。当液压缸工作时，液压缸的工作台自由转动，所以设计时将活塞杆顶部插入球头，与工作台形成转动副。如图 3示。球头与活塞杆采用紧固螺钉固定。由于光栅尺尺寸较长，只能将活塞和活塞杆做成中空状来放置光栅传感器。这样活塞与活塞杆之间不宜采用螺母紧固，方便起见，我们将活塞和活塞杆合为一体，材料同为 45号钢。工作时发光元件与光敏元件随活塞作同步运动，光栅尺下端固定在底盖上不动，光源与光栅尺的相对位移量通过读数头转化为数字信号传递给单片机。南昌航空大学科技学院学士学位论文 19 南昌航空大学科技学院学士学位论文 20 图 3压缸总体结构图图 3压缸的工作台与活塞之间的连接由于液压缸的行程较长，达 400工作台旋转一个角度去承载重物时容易产生较大的弯曲力矩使活塞杆折断。所以有必要设计一个支撑套进行保护。支撑套与油缸壁之间采用通孔螺钉紧固。南昌航空大学科技学院学士学位论文 21 由于光栅传感器放在液压缸内部，考虑到其信号线的连接问题，我们将油缸底盖与液压缸底座之间留有一定空间。为了方便装卸，不宜将底盖与油缸焊接。经过多方面的考虑，比较了多种方案后，采用了如图 3 3 个螺纹孔，用 4 个型号为六角头螺栓将底盖顶起至油缸卡槽处。螺杆长度比实际所需的长 3 5通过增加垫片的方法达到使 4 个螺栓平均分配载荷的目的。底盖上套有密封圈，防止漏油。液压缸底座与油缸通过 4个内六角螺钉紧固。在底座和油缸两侧各开一个通孔用于连接光栅传感器的信号线。压缸零部件分析由于液压缸可能会在比较恶劣的条件下使用，而且在装载和卸载重物时，可能会因操作不当而对千斤顶底座造成较大冲击，导致整个系统遭到破坏。所以底座采用具有较高强度和韧性的球墨铸铁。图 3压缸底盖的固定方式油缸是液压系统的主要零件，它与底座、底盖、油口、导向套等零件构成密封的容器，用于容纳压力油液，同时还是活塞的运动轨道。所以设计油缸时，应该正确的确定各部分的尺寸，保证液压缸有足够的输出力、运动速度和有效行程，同时还必须具有一定的强度，能足以承受液压力、负载力和意外的冲击力；缸筒的内表面应具有合适的公差等级、表面粗糙度和形位公差等级，以保证液压缸的密封性、运动平稳性南昌航空大学科技学院学士学位论文 22 和耐用性。对油缸材料的可选空间很大，对其进行筛选需要有足够的耐心。对油缸的要求：1要有足够的强度，能长期承受最高工作压力及短期动态压力而不致产生永久变形；2要有足够的刚度，能承受活塞侧向力和安装时的反作用力而不致产生弯曲； 3内表面与活塞密封件及导向套的摩擦作用下，能长期工作而磨损很少，尺寸公差等级和形位公差等级足以保证活塞密封件的密封性； 4最好还需要有良好的可焊性，以防在需要焊接的时候不致产生裂纹或过大变形。 4最后我们选定各方面性能良好的 45号钢。油缸毛坯普遍采用退火的冷拔或热轧无缝钢管，现在国内市场上已有内孔经珩磨或内孔精加工的无缝钢管卖，只需按所要求的长度切割即可。本次设计虽然活塞与活塞杆采用了一体式设计，采用相同的材料，但对他们的工艺要求很不相同，所以分开来介绍。由于活塞在液体压力的作用下沿缸筒往复滑动，因此，它与缸筒的配合应适当，既不能过紧，也不能间隙过大。配合过紧，不仅使最低启动压力增大，降低机械效率，而且容易损坏缸筒和活塞的滑动配合表面；间隙过大，会引起液压缸内部泄露，降低容积效率，使液压缸达不到要求的设计性能。活塞材料我们选用的是 45号钢。活塞外径的配合一般采用径对内孔的同轴度公差不大于面与轴线的垂直度公差不大于 00表面的圆度和圆柱度一般不大于外径公差之半，内孔的工作表面粗糙度 m。活塞杆要在导向套中滑动，一般采用 H8/配合。太紧了，摩擦力大，太松了，容易引起卡滞现象和单边磨损。其圆度和圆柱度公差不大于直径公差之半。安装活塞的轴径与外圆的同轴度公差不大于为了保证活塞缸外圆与活塞外圆的同轴度，以避免活塞与缸筒、活塞杆与导向套的卡滞现象。安装活塞的轴肩端面与活塞杆轴线的垂直度公差不大于 00保证活塞安装不产生歪斜。活塞杆的外圆粗糙度 m。太光滑了，表面无法形成油膜，反而不利于润滑。为了提高耐磨性和防锈性，活塞杆表面需进行镀铬处理，镀层厚进行抛光或磨削加工。活塞杆

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