三轴飞型转台的设计飞行模拟转台设计（全套含CAD图纸）
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三轴飞型
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购买后包含有 纸和说明书 ,咨 询 Q 197216396 I 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 购买后包含有 纸和说明书 ,咨 询 Q 197216396 is an of as of in of a up of of is is at it is to of of of an is to of of of of 买后包含有 纸和说明书 ,咨 询 Q 197216396 录 摘要 . I . 1 章 绪论 . 1 题研究的目的、背景和意义 . 1 内外测试转台的发展概况 . 1 外对测试转台的研究 . 1 内对测试转台的研究 . 3 来转台发展趋势 . 5 章小结 . 5 第 2 章 半实物仿真 . 6 实物仿真系统定义 . 6 实物仿真的先进性及其特点 . 6 实物仿真的基本组成和原理 . 6 轴飞型转台与半实物仿真 . 7 章小结 . 8 第 3 章 三轴转台的概述 . 9 轴转台工作原理的概述 . 9 真转台驱动原件的选择和标准 . 9 压驱动的优缺点 . 9 机驱动的优缺点 . 10 动型式的选择 . 10 章小结 . 11 第 4 章 驱动元件试验场地 . 13 验室地基 . 13 能器 . 13 验室整体建模 . 14 章小结 . 15 第 5 章 外框马达单通道实验方案 . 16 验环境 . 16 达受力计算 . 16 购买后包含有 纸和说明书 ,咨 询 Q 197216396 载盘设计 . 16 计条件 . 16 载件 . 17 载盘 . 17 载总成 . 18 座 . 19 框驱动元件试验结构 . 21 章小结 . 22 第 6 章 中框马达与内框电机试验 . 24 框马达试验 . 24 验环境 . 24 拟负载 . 24 座 . 25 装弯板 . 25 框电机试验 . 25 拟负载 . 25 机的安装及固定 . 25 框马达和内框电机试验 . 26 章小结 . 27 结论 . 28 致谢 . 29 参考文献 . 30 附录 1 . 32 附录 2 . 36 购买后包含有 纸和说明书 ,咨 询 Q 197216396 V 购买后包含有 纸和说明书 ,咨 询 Q 197216396 买后包含有 纸和说明书 ,咨 询 Q 197216396 买后包含有 纸和说明书 ,咨 询 Q 197216396 买后包含有 纸和说明书 ,咨 询 Q 197216396 买后包含有 纸和说明书 ,咨 询 Q 197216396 X 购买后包含有 纸和说明书 ,咨 询 Q 197216396 买后包含有 纸和说明书 ,咨 询 Q 197216396 买后包含有 纸和说明书 ,咨 询 Q 197216396 - 1 - 第 1 章 绪论 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。 内外测试转台的发展概况 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购买后包含有 纸和说明书 ,咨 询 Q 197216396 - 2 - 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 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 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 称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， 手研制并生产系列多轴陀螺测试转台，具体为： 1972 年为 验室的第三代陀螺仪和 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。此外，这个系列的转台还有 53B 型、 53W 型等型号，购买后包含有 纸和说明书 ,咨 询 Q 197216396 - 3 - 均是为了各种飞行器的惯性测试而研制的。 53 系列转台的主要特点是：台体形式均为多轴，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试元件，测试精度和定位精度均达到 1 角秒。 从 1984 年起， 司提出了改进的三周测试转台（ 称 制造方案，在 设计方案中，规定 台超精密三轴转台设备。能评定下一代惯导系统和惯性元件，能测试下一代的天体定位仪表，要求它的三轴综合指向误差小于 秒，这些指标比当时的惯导测试仪器几乎提高了 30 倍：转速稳定度在速率为 200/s 内，比当时的水提高了 1020 倍，综合技术指标提高一个数量级以上。 轴测试转台可用于舰船导航和空间传感器的测试，主要指记载光学附件和天体跟踪器、定位装置等的测试，还可用于战略系统测试。在方案中，不仅规定了这台高精度三轴转台的性能指标，而且还影响其设计 与制造的主要方面，如对机械的结构、台体的材料、轴承型号、驱动装置、测角元件、控制系统、信号传输等进行广泛的研究，采用新技术等。 许多性能指标代表了当前惯导测试转台的技术发展水平。 1989 年 5 月， 司签订了高级三轴测试转台的设计、制造及测试内框周的第一阶段任务合同，在过去的几年里，公司已经学习到许多有关高级三轴测试台“设计中提出的问题”，同时已能鉴别必须提出的若干高新风险区。其他转台研制和生产比较出名的还有美国 司和德国的 司等。 英、法、德等国也进行转台的研制工作，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比较高，但由于其保密性强，对其具体情况不甚了解。 内对测试转台的研究 我国一直把这一关键设备的研制工作放在航天工作的首位。国内自 20 世纪60 年代中期起开始转台的研制工作，从已经研制成功和正在研制的各型转台来看，我国的转台研制工作尽管起步比较晚但是发展却很快，自 60 年代研制出第一台三轴液压仿真转台以来，转台的研制工作处于良好的发展状态中，其发展现状大致如下 : 1966 年， 707 所为高精度单自由液浮积分陀螺仪而考试研制的 单 轴低速伺服转台， 1974 年进行全面的精度测定， 1975 年该转台通过技术鉴定。转台由机械台体和电子控制箱两部分组成，测角系统采用感应同步器和旋转变压购买后包含有 纸和说明书 ,咨 询 Q 197216396 - 4 - 器组成，机械系统采用气浮轴承，驱动电机采用交流力矩电机直接驱动组成。 1975 年，由 303 所研制成功的 伺服转台，首次利用光栅作为精密测角元件。可提供三种工作状态：伺服状态、速率状态、位置状态。主要是进行惯性器件的伺服实验，可测定漂移率为 。 1979 年，由哈尔滨工业大学、 441 厂和原六机部 6345 所共同研制成功，我国第 一台双轴伺服台 双轴气浮轴承台，又称为“ 7191”双轴空气轴承转台（“ 7191”双轴台）。 1983 年，由航天部一院 13 所研制的 服转台是我国最大的双轴伺服台。它是为测量漂移率为 、三自由度陀螺和加速度计等惯性元件及平台系统的性能设计的。 从 20 世纪 80 年代初开始，我国对计算机控制转台和自动测试进行一系列的研究，并进行了转台计算机测试系统的研制工作。 1985 年，由哈工大研制的 轴计算机控制转台，是我国第一台计算机控制转台。计算机参与控制，提高了控制 精度，提高了转台的灵活度和测试自动水平。此外，计算机对测试数据进行了实时处理，提高了测试效率和精度。这台转台的测角精度达到了 1 角秒，设计指标为测试漂移率为 。 1987 年，哈工大与 6354 所共同研制成功的 陀螺测试转台，是我国第一台计算机控制的双轴测试转台，该转台对我国研制的漂移率为 h 的静电陀螺进行了测试。 1990 年，中国航空精密机械研究院所研制成功了 轴捷联惯导测试转台。这是我国第一台计算机控制的高精度三轴惯导测试台。该转台的主要性能指标是：三轴 回转精度为 2 角秒，相邻两轴垂直度为 1 角秒，测角精度为三轴综合 1 角秒。 轴转台为我国研制捷联惯导系统提供了迫切需要的高精度惯导测试设备。其电控系统采用了与美国 司研制的 1996 年， 6354 所成功研制出测角系统采用开环鉴幅型高速动态测角模块方案、控制系统采用数字 前我国转台综合性能指标精度最高的哈尔滨工业大学惯导中心研制的三轴测试转台，其性能指标达到美国 司八十年代研制的 53 系列水平。 通过对国外转台研究的了解 并与中国转台发展的对比，不难看出在转台的开发研究领域，中国和世界先进水平还是有很大差距的，像对于转台相关技术缺乏深入研究，转台可靠性差，没有批量生产能力，同时在一些领域存在空白等，这都需要我们不断努力，迎头赶上。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨 询 Q 197216396 - 5 - 来转台发展趋势 不断应用新技术来提高转台的测试精度，增强转台稳定性及环境适应性是转台以后发展主要的方面。其中包括： 1）进一步提高技术指标； 2）实现测试自动化，与计算机控制之间的联系会更加紧密； 3）对测试的可靠性、稳定性有更高要求，要求其越加接近实际环境所碰到的问题； 4）加强各种环 境下的测试，控制环境对测试精度的影响，如温度、湿度、压力、地基等的影响。 同时，由于转台的应用越来越广泛并趋于商品化使得在保证转台精度的情况下要不断考虑成本的下降，则要求应用各种新材料和新工艺，这也是转台发展的趋势。 章小结 通过查询转台的相关技术资料，对比国外与国内转台的发展过程，让我对转台的发展有了进一步的了解，转台作为半实物仿真中重要的设备组成部分，其性能的好坏极大的影响着仿真的准确性与可靠性，同时也更加体会到转台未来的发展前景，它对国家的经济、国防军事工业都有着不可缺少的影响。对于三轴转台 来说，驱动元件又是其重要组成部分，它保证着转台的正常工作和性能要求，本次论文课题就时对转台驱动元件性能的测试，试验其是否满足转台对性能的要求。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨 询 Q 197216396 - 6 - 第 2 章 半实物仿真 实物仿真系统定义 半实物仿真，又称为硬件在回路中的仿真 (in 是指在仿真实验系统的仿真回路中接入部分实物的实时仿真。实时性是进行半实物仿真的必要前提。 半实物仿真同其它类型的仿真方法相比具有经济地实现更高真实度的可能性。从系统的观点来看，半实物仿真允许在系 统中接入部分实物，意味着可以把部分实物放在系统中进行考察，从而使部件能在满足系统整体性能指标的环境中得到检验，因此半实物仿真是提高系统设计的可靠性和研制质量的必要手段。 实物仿真的先进性及其特点 半实物仿真技术自 20 世纪 60 年代问世直到目前美国研制航天飞机，始终盛行不衰。美国大多数国防项目承包商都有一个或多个半实物仿真实验室，这些实验室代表了当前世界先进水平。其先进性体现在： 1) 有高速高精度的仿真机； 2) 有先进完备的环境模拟设备。国内半实物仿真技术在导弹制导、火箭控制、卫星姿态控制等应用研 究方面也达到了较高水平。 半实物仿真的特点是： 1) 在回路中接入实物，必须实时运行，即仿真模型的时间标尺和自然时间标尺相同 ； 2) 需要解决控制器与仿真计算机之间的接口问题 ； 3) 半实物仿真的实验结果比数学仿真更接近实际 。 实物仿真的基本组成和原理 半实物仿真系统属于实时仿真系统。它是一种硬件在环实时技术，把实物利用计算机接口嵌入到软件环境中去，并要求系统的软件和硬件都要实时运行，从而模拟整个系统的运行状态 。而 实时系统由以下几部分组成 ： 1)仿真计算机 购买后包含有 纸和说明书 ,咨 询 Q 197216396 - 7 - 仿真计算机是实时仿真系统的核心部分，它运 行实体对象和仿真环境的数学模型和程序。一般来说，采用层次化、模块化的建模法，将模块化程序划分为不同的速率块，在仿真计算机中按速率块实时调度运行。对于复杂的大型仿真系统，可用多台计算机联网实时运行。 2)物理效应设备 物理效应设备的作用是模拟复现真实世界的物理环境，形成仿真环境或称为虚拟环境。物理效应设备实现的技术途径多种多样，方案之一是采用伺服控制回路，通过伺服控制回路控制形成相应的物理量，方案之二是在已储存好的数据库中搜索相应的数据，转化为相应的物理量。 3)接口设备 仿真计算机输出的驱动信号经接口变换后 驱动相应的物理效应设备。接口设备同时将操作人员或实物系统的控制输入信号馈入仿真计算机。 在仿真计算机中通过对动力学系统和环境的数学模型解算，获得系统和环境的各种参数。对半实物仿真系统，这些参数通过物理效应设备生成传感器所需要的测量环境，从而构成完整的闭环仿真系统。物理效应设备是实现仿真系统所需要的中间环节，它的动态特性、静态特性和时间延迟都将对仿真系统的置信度和精度产生影响，应该有严格的相应技术指标要求。 半实物仿真系统原理框图如图 2实物仿真系统原理图所示。 仿 真 计算 机 （实 体 动力 学 模型 、 环境 模 型 ）接口伺 服 控 制 回 路物 理 量 传 感 器计 算 机 生 成 环境 、 数 据 库物 理效 应设 备物 理效 应设 备实 物系 统或操 作人 员图 2实物仿真系统原理框图 轴飞型转台与半实物仿真 三轴飞行仿真转台是进行飞行器半实物仿真实验的重要设备之一，其作用就是在地面上模拟飞行器在空中的动态特性和各种姿态。而 随着计算机技术、通信技术与传感技术为主导的信息技术的发展，仿真技术作为高科技、定量化购买后包含有 纸和说明书 ,咨 询 Q 197216396 - 8 - 的辅助研究手段，在科研、军事等领域研究中发挥着越来越重要的地位。半实物仿真作为仿真技术的重要代表之一，其经济效益和军事效益日益凸显，特别在武器系统研究、军事装备训练等重要方面有着举足轻重的作用。 同时其也 广泛的应用于航天、电工、 化工、通信，特别是军事等领域方面的工程设计研究，成为现代高技术的代表之一。 章小结 通过对半实物仿真的不断了解和学习，我明白了半实物仿真对当今世界各项科研事业所起到的重要影响，提对产品的不断提高和更新有着重要作用，有了它的帮助可以大大减少产品更新时间，利于占领市场，同时也可以节省很大部分研究成本，减少人力、物、力财力的浪费，而三轴转台作为半实物仿真中重要的组成部分，起到了不可替代的作用。 通过对转台的研究学习，我更加深刻的了解到我本次课题的意义，它对国防军事的研发有着极为重要的作用。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨 询 Q 197216396 - 9 - 第 3 章 三轴转台的概述 轴转台工作原理的概述 三轴转台主要是根据计算机的指令，实时跟随指令信号，控制转台的滚动、俯仰、航向轴系运动，模拟姿态角位移的变化，与仿真计算机和射频系统形成闭合回路。 机械系统由三个框架和机座组成，主要为负载提供安装基准和滚动、俯仰、航向三轴系回转运动。电气系统主要完成转台的起停、转台监控及远程控制等功能，主要由控制台、电控柜等组成，工作时，电气系统为三轴转台的三个框架的驱动原件提供动力保障，使转台能够驱动负载做各种运动，完成所需要的运动，控制系统根据仿真机的控制指令，经调解后，输 出控制信号给相应框架的驱动元。 应用软件实现转台和计算机的实时通讯，记录转台三个框架的角位置数据，并对实验的各轴角位置数据进行处理，绘制运动曲线监控各轴的运动参数，实时进行安全性评估进行各轴控制率运算，控制转台正确运动。 真转台驱动原件的选择和标准 飞行仿真转台的驱动原件有两大类：一类是所有框架都是由液压马达驱动，称为液压仿真转台，如图 3压驱动转台所示；另一类是所有框架都是由电动机驱动，称作电动仿真转台，如图 3机驱动转台所示。还有的转台内框由电动机驱动，中、外框由液压马达驱动，称为复合 驱动式仿真转台。本次论文所针对的三轴转台就是复合驱动式仿真转台。 压驱动的优缺点 优点： 1）传动装置重量轻、结构紧凑、惯性小。如相同功率的液压马达的体积为电机的 12%13%； 2）可在大范围内实现无极调速，借助阀或变量泵、变量马达，可以实现无极调速，调速范围可达 1:2000，并可在液压装置运行的过程中进行。 3）传递运动均匀平稳，负载变化时速度较平稳； 购买后包含有 纸和说明书 ,咨 询 Q 197216396 - 10 - 4）液压装置易于实现过载保护 借助于溢流阀等装置，同时液压装置能实现自动润滑因此使用寿命长； 5）由于液压传动是油管连接，所以借助油管的 连接可以方面灵活的布置传动机构。借助于各种控制阀，能很容易的实现复杂的自动工作循环，而且可以实现远程控制。 缺点：液压系统比较容易暴露，低速性能不佳，结构比较复杂，需要配备油源等。 机驱动的优缺点 优点： 1）电动机可实现连续回转，而液压马达则不能； 2)液压马达需要油源而电动机则不需要。 缺点：功率转换方式的效率低、体积大、大功率器件价格高又容易损坏、调制干扰严重等。 所以这次论文所针对的三轴转台，其外框、中框驱动原件采用了液压马达作为驱动元件，而内框驱动原件采用了电机作为驱动元件。 动型式的选择 驱型形式可以分为直接驱动和间接驱动。直接驱动是将电动机或液压马达的输出轴直接和转台框架轴固连，其优点是有利于提高系统的动态性能和精度，主要缺点是其低速性能主要取决于驱动原件本身的低速性能。间接驱动是将电动机或液压马达的输出轴经过齿轮减速之后在于框架固连，其优点是 ;1)可以提高系统的超低速性能； 2)可以利用小的力矩电动机驱动大的负载力矩。但其缺点是由于齿轮啮合间隙以及齿面磨损后的精度的丧失等问题影响系统的精度与稳定性，所以当前国内外大多数采用的都是直接驱动型式。 电机驱动常见的电动机是力矩电 动机和直流伺服电动机。力矩电动机允许转速低，可直接与框架连接形成直接驱动。但当驱动力矩增大时，其允许的最高转速也降低，所以当框架最大转速较高时不宜选用力矩电动机，而采用直流伺服电动机经齿轮驱动的方案。但直流伺服电动机的轴向尺寸较大，不宜用于转台的内框、中框轴的驱动。 近年来，已经研究出一种直流无刷电动机，它具有力矩电动机的调速也行而且调速范围也很大，可用于直接驱动，是一种很有发展前途和研发前景的驱购买后包含有 纸和说明书 ,咨 询 Q 197216396 - 11 - 动元件，对转台的研发设计也必将产生根本的影响。 图 3机驱动转台 3压驱动 转台 章小结 通过对三轴转台的不断深入学习，让我对三轴转台的工作原理有了大体的了解，对比液压马达和电动机最为驱动元件的各项优缺点，我也深刻的理解了本次课题中所涉及的转台对驱动元件的考量，每种驱动元件都有着自己不同的优点和不足，所以我们要结合自身的性能要求，来综合考量，只有满足性能要购买后包含有 纸和说明书 ,咨 询 Q 197216396 - 12 - 求的驱动原件才能使转台在各种环境下都能正常工作，而在转台运作过程中，对各项参数都有着很精确的要求，这就要求我们要仔仔细细地考虑各部分工作配合情况，只有最适合的配合才能达到完美的工作状况，所以转台的各部分的选择 都很重要，不能有半点马虎大意。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨 询 Q 197216396 - 13 - 第 4 章 驱动元件试验场地 验室地基 驱动元件试验要在实验室进行，而基座的固定要使用到现有实验室地基的 过和老师们的商量分析，决定使用实验室中一块长方形的地基来完成驱动元件的试验，该地基如图 4型地基所示。 图 4型地 能器 储能器的作用是： 1）短期内大量供油； 2）系统保压； 3）应急能源； 4）缓和冲击压力； 5）吸收脉动压力。在外框马达和中框马达试验时需要油源来提供压力油，由于本次试验所需压力油流量较大，而实验室并没有满足要求的储能 器，所以需要将现有的两个储能器连接到一起，来保证试验时所需要的足够压力及流量。如图 4能器所示。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨 询 Q 197216396 - 14 - 图 4能器 验室整体建模 在本次驱动元件试验中，试验场地为实验室 A 区，所以在做试验之前需要对实验室现有状况有所了解，则需对实验室进行建模，了解各个关键部分尺寸大小和所在位置关系，以来划分试验时各个不同的工作区域，并进行必要的清场处理，而且实验室的环境状况还关系到后面对试验时管路的设计及布线的要求都有着重要的影响。如图 4验室整体模型。 图 4验室整体模型 购买后包含有 纸和说明书 ,咨 询 Q 197216396 - 15 - 章小 结 在本次试验的最开始阶段，首先是对试验的具体进程有了一定的了解，明白了本次试验要完成所需要的各种各样的条件，第一方面就是试验场地的要求，像是试验时马达基座的连接摆放问题，试验时外框马达、中框马达所需要的油源流量及压力要求，而本次试验是在实验室进行的，就需要对实验室有总体的了解，包括其中现有各物件的形状尺寸、所占相对位置关系等，要保证试验时实验室中现有物件不与本次试验发生干涉，不然为保证试验的顺利进行就需要进行清场处理。在这次对实验室建模过程中，我不仅对 使用有了更深层的了解，也进一步训练了 我的实际动手能力，实验室中各物件尺寸、相对位置关系都需要我动手去测量，特别是对 T 型槽的建模过程中，因为我要在其上面安装基座，所以就对 T 型槽的各种尺寸有着很严格的要求，通过这次的学习，我深深的明白了理论设计要想获得成功一定不能离开实际的考量。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨 询 Q 197216396 - 16 - 第 5 章 外框马达单通道实验方案 三轴飞行转台由外框、中框和内框组成，其中外框的驱动原件选择的是液压马达，为保证三轴飞型转台的各项要求，现需对马达进行测试。 验环境 1)外框轴系质量 2374 2)外框轴系转动惯量 981 3)偏载质量 545载质心距三轴交点距离 570 达受力计算 单个马达承重 1187载转动惯量 载质量 载质心距离三轴交点距离 570 压轴力 F=450000 (2=1086666N （ 5 压轴力弯矩（ 两轴承跨距 678 F=368379N （ 5 负载重力弯矩（ 轴端距前端轴承 313 1187 641N （ 5 偏载力弯矩 偏载力 F2=m a=8000/ （ 5 偏载力矩 l= （ 5 载盘设计 计条件 负载盘设计考虑通用性和扩展性。设计的负载盘除了满足本次轴颈 28000的要求。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨 询 Q 197216396 - 17 - 1)45 钢抗拉强度按 600计。 按轴颈 300套外径 375递力矩 100000算套筒厚度30里取套筒外径为 455 2)负载盘满足转动惯量 490.5 3)负载盘质量 118710%； 4)偏载质心距离三轴交点距离 570近； 5)一面加入部分加强筋提高负载盘刚度（考虑实现难度，本条去掉）。 载件 1)质量 2 2)中心外侧偏移三轴交点 590侧偏移三轴交点 651 3)对轴转动惯量 偏载件的设计如图 5载件的结构设计所示。 图 5载件的结构设计 载盘 采用轮毂与盘片连接形式，质量 轴转动惯量 寸：盘面外径 1700 40图 5框负载盘所示。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨 询 Q 197216396 - 18 - 图 5框负载盘 环形负载质量 动惯量 尺寸：内径 1498径 1700 40图 5框负载盘配重所示。 图 5框负载盘配重 载总成 购买后包含有 纸和说明书 ,咨 询 Q 197216396 - 19 - 负载盘、环形负载、轮毂 、偏载件通过螺钉固定在一起，如图 5框负载盘总成 所示。 图 5框负载盘总成 座 采用在两个现有基座改造后上加一安装板连接方式来实现外框驱动试验。安装板如图 5框马达试验安装板结构图所示，座在两个改造后的小基座上。两个小基座固定在实验室现有地基上，改造后的两个基座如图 5造后两个基座所示，需要加工 425 的固定孔，并在底座侧面铣长 580 1003两个长条固定弯板面，并在其上钻 4螺纹孔，用来固定弯板，固定弯板如图 5框马达单通道试验固定弯板 结构图所示。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨 询 Q 197216396 - 20 - 图 5框马达试验安装板结构图 图 5造后两个基座 购买后包含有 纸和说明书 ,咨 询 Q 197216396 - 21 - 图 5框马达单通道试验固定弯板结构图 框驱动元件试验结构 试验是通过把外框马达固定在安装板上，而安装板固定在两个底座上，底座是通过 T 型块、地角螺柱、垫铁、压板来实现固定的。马达轴与外框负载盘之间通过胀套连接并固定，且外框马达试验需要油源，则需要结合实验室现哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） I 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 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） is an of as of in of a up of of is is at it is to of of of an is to of of of of 尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 录 摘要 . I . 1 章 绪论 . 1 题研究的目的、背景和意义 . 1 内外测试转台的发展概况 . 1 外 对测试转台的研究 . 1 内对测试转台的研究 . 3 来转台发展趋势 . 5 章小结 . 5 第 2 章 半实物仿真 . 6 实物仿真系统定义 . 6 实物仿真的先进性及其特点 . 6 实物仿真的基本组成和原理 . 6 轴飞型转台与半实物仿真 . 7 章小结 . 8 第 3 章 三轴转台的概述 . 9 轴转台工作原理的概述 . 9 真转台驱动原件的选择和标准 . 9 压驱动的优缺点 . 9 机驱动的优缺点 . 10 动型式的选择 . 10 章小结 . 11 第 4 章 驱动元件试验场地 . 13 验室地基 . 13 能器 . 13 验室整体建模 . 14 章小结 . 15 第 5 章 外框马达单通道实验方案 . 16 验环境 . 16 达受力计算 . 16 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 载盘设计 . 16 计条件 . 16 载件 . 17 载盘 . 17 载总成 . 18 座 . 19 框驱动元件试验结构 . 21 章小结 . 22 第 6 章 中框马达与内框电机试验 . 24 框马达试验 . 24 验环境 . 24 拟负载 . 24 座 . 25 装弯板 . 25 框电机试验 . 25 拟负载 . 25 机的安装及固定 . 25 框马达和内框电机试验 . 26 . 27 结论 . 28 致谢 . 29 参考文献 . 30 附录 1 . 32 附录 2 . 36 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） - 1 - 附录 1 转台广泛应用十航空、航天、兵器、航海等领域，有各种不同的类型和用途。本文所研究的二轴转台与可见光目标模拟器一起构成可见光目标模拟检测系统，用以完成导引头装前测试。可见光目标模拟器模拟产生电视导引头在测试和试验过程中所需的各种目标，由二轴转台带动目标模拟器形成满足导引头要求的图像视场及目标运动特性，作为导引头测试的模拟目标。可见，二轴转台控制系统设计的优劣对能否成功地完成导引头的性能测试和检验有重要的影响。 台控制算法概述 本文所研究的二轴转台，包括方位轴和俯仰轴，每一轴的控制通常采用双闭环 控制结构，即由内到外依次是速度环和位置环。速度环的作用是提高系统的刚度来抑制系统的非线性及外部扰动，控制系统的精度由位置环来保证。从控制律的类型来看，速度环通常采用 制，采用模拟方式实现。种类繁多的控制算法多数在位置环实现。其是转台控制系统的核心，是影响转台控制系统性能的关键因素。 从模拟控制系统开始，到数模混合控制系统及计算机控制系统的长期发展过程中，形成了许多行之有效的控制方法。从它们的发展过程和应用特点出发，大体可分为二类 :传统控制策略，现代控制策略和智能控制策略人工神经网络是人工智能的一个主要 分支。它是一些科学家从模仿人脑神经细胞的组成、结构及工作机理出发，提出的一套思想方法。其目的在于研究一种新的理论，实现一种新的系统使之能够完成人脑的功能 12,13。尽管在理论和应用方面还存在很多不足之处，但它的出现却给遇到挑战的自动控制带来了新的生机和曙光 。 糊控制的发展 从 1965 年美国著名控制论学者 L. A. 表开创性论文，首次提出一种完全不同十传统数学与控制理论的模糊集合理论以来，模糊集和模糊逻辑理论迅速发展，形成了一门完善的数学理论。 1974 年 E. H. 次将模糊控制理论应用十蒸气机及锅炉的控制，取得了优十常规调节器的控制品质，从此，模糊控制诞生了。模糊控制理论和技术变成智能控制领域最活跃的学科之一，受到广泛地重视和发展，并取得了有目共睹的成就。随着现代工业的发展，控制对象的非线性和不确定性增强，使得现代控制的数学建模困难，控制效果不佳，甚至无能为力，使传统的控制理论面临严峻的考验，模糊控制理论的崛起为这些问题的解决开辟了新的途径，尤其在现代伺服系统中。在现代伺服系统中，被控对象通常具有非线性、时变以及种类繁多的干扰，使得常规控制方法无法获得满意的控制效果。 模糊控制是传统控制发展的高级阶段，模糊控制具有不依赖十系统模型、 学习过程短、良好的实时性，并具有自适应能力和自学习强的特点。从学术角度来看，采用模糊控制方法实现对伺服系统的精确控制，具有一定的学术价值 ;从工程角度来看，将模糊控制方法应用到伺服系统中，为伺服系统控制器的设计提供了一种新的思路和方法，为研制高性能的、多功能的伺服系统开辟了一条道路，预示着模糊算法在伺服系统中必定有着广阔的应用前景。 转台是一个复杂的机电系统，本身存在着许多不利十控制系统设计的因素，并不是通过简单的线性模型就可以完整、准确的描述。 作为转台控制系统的设训一者，一方面要对转台控制系统中的种种不利影响有着清醒的认识，在控制系统设计中尽量削弱其对控制器的影响 ;另一方面要考虑研究和采用更为先进的控制方案。在这种情况下，模糊控制理论在转台上的应用进行研究和实验就有其实际的工程意义和切实的理论背景。 动元件的确定 目前，转台的驱动方式基本上都采用直接驱动方式，驱动组件主要由两大类 :即电动机或液压马达驱动。转台则可以根据其所采用的驱动组件分为二类 :一类是所有框架均由电动机驱动，称为电动转台 ;另一类是所有框架均由液压马达驱动，称为液压转台 ;还有一类是各框架分别采用不同的驱动组件，例如，内框架由电动机驱动，中、外框架利用液压马达驱动，称为复合驱动转。 由于液压马达存在驱动转角范围小，配套设备复杂，维护困难，危险性大等缺点，因此，在指标允许的情况下转台大多采用电动机直接驱动。与液压马达相比，电动机具有可连续回转、安装方便、使用及维护简单等优势。针对现有的直流力矩电机存在的最高转速小、力矩波动大、电刷引起的火花干扰、摩擦力矩及电刷维护等诸多问题，交流永磁同步电机逐渐被使用到转台驱动中。 电动机驱动是转台驱动组件的发展趋势。为了满足整个伺服系统工作性 能指标的要求，必须对系统的相关部件进行精心的选择，使由它们所组成的整个系统能够合理地运行。系统中比较重要的部件包括有伺服电机，减速器和位置检测组件，下面具体对相应的部件进行选择。 机的选择 转台执行电机的选择除要满足功率要求外，还要考虑以下要求 : (1)灵活方便的位置控制，定位准确精度高 ; (2)可靠性好 ; (3)方便计算机控制 ; (4)响应快，换向性能好 ; (5)能长时间连续工作不需要维护。 常用的伺服电机有二类 :直流伺服电机，交流伺服电机，步进电机。 台控制系统设计 转台控制系统设计为包括速度环和位置环的双环控制结构设计，双环控制系统的一般原则 :首先，在对系统性能指标进行分析时，根据系统的性能指标和外环对内环的设计要求，从外环到内环逐步确定各环的性能指标要求 ;然后，在进行系统各环控制器设计时，从内环开始，根据系统对每一环的性能要求和环路固有特性，设计各个环路的控制器。设计过程为，从内环开始，一环一环地逐步向外扩展，在对任一环进行设计时，为简化设计，其内环可以适当简化为较为简单的形式。在这里，首先设计速度环，然后设计位置环，在设计位置环时，为了简化 位置环的设计，将速度环闭环传递函数简化为惯性环节 ;最后根据位置反馈设计结果设计位置环控制器。根据系统带宽要求，俯仰轴控制系统位置环带宽要求为不大。根据系统数字仿
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