飞行模拟转台设计(毕业论文+全套CAD图纸)(答辩通过)

充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 目录 1. 绪论 . 1 1.1 选题的依据及意义 . 3 1.2 国内外研究概况及发展趋势 . 3 2 . 单片机控制系统设计 . 4 2.1 单片机的选用及功能介绍 . 5 2.2 片外存储器功能简介 . 5 2.3 显示与键盘部分设计 . 7 2.4 交流异步电动机变频调速系统 . 9 2.4.1 交流异步电动机变频调速原理 . 9 2.4.2 主电路和逆变电路工作原理 . 10 2.4.3 变频与变压 . 12 2.4.4 电动机与单片机的接口 . 14 2.5 位移和转速检测部分的设计 . 16 2.5.1 位移检测传感器和转速检测传感器的选用 . 16 2.5.2 光栅位移和转速传感器与单片机的接口设计 . 16 3 机械结构与液压传动系统设计 .20 3.1 升降系统结构分析 . 21 3.1.1 液压缸结构 . 21 3.1.2 液压缸零部件分析 . 24 3.1.3 油缸的壁厚校验 . 26 3.2 传动系统结构分析与计算 . 27 3.2.1 电动机的选择 . 27 3.2.2.2 轴尺寸设计 . 30 3.2.3 键的选择与校核 . 32 3.2.4 皮带的选择 . 33 3.3 液压系统分析 . 36 3.3.1 液压系统 . 36 3.3.2 液压泵与电动机的选择 . 37 结论 .39 参考文献 .40 致谢 .41 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 买文档送全套图纸 扣扣 414951605 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充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 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： 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 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 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 指令 EPROM OE P0 口 EA ALE P2 口 PSEN 数据输出 锁存器 数据输入 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 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 OE 和 WE 与 8031 的 RD 和 WR 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： D0 D7地址 RAM CE WE OE P0 口 ALE P2 口 WR RD 锁存器 译 码 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 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 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 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： DIR： MOV R0， #79H ；显示缓冲区首址送 R0 MOV R3， #01H ；使显示器最右边位亮 MOV A， R3 LD0： MOV DPTR， #0101H ；扫描值送入 PA口 MOVX DPTR， A INC DPTR ；指向 PB 口 MOV A， R0 ；取显示数据 MOV A， #12H ；加上偏移量 MOVX A， A+PC ；取出字形 MOVX DPTR， A ；送出显示 ACALL DL1 ；延时 INC R0 ； 缓冲区地址加 1 MOV A， R3 ； JB ACC.5， LD1 ；扫到第 6 个显示位了吗？ RL A ；没有， R3 左环移一位，扫描下一个显示位 MOV R3， A AJMP LD0 LD1： RET DSEG： DB 3FH， 06H， 5BH， 4FH， 66H， 6DH ；显示段码表 DSEG1： DB 7DH， 07H， 7FH， 6FH， 77H， 7CH DSEG2： DB 39H， 5EH， 79H， 71H， 73H， 3EH DSEG3： DB 31H， 61H， 1CH， 23H， 40H， 03H DSEG4： DB 18H， 00H， 00H， 00H DL1： MOV R7， #02H ；延时子程序 DL： MOV R6， #0FFH DL6： DJNZ R6， DL6 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 DJNZ R7， DL RET 键盘共设有 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/O 的接口芯片，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。 2.4 交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（ VVVF）。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。 2.4.1 交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 (2-1)表示： s)-1(p f60n = (2-1)9 式中 : n-电动机转速 p-电动机磁极对数 f-电源频率 s-转差率 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 s 和电源充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 频率 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。 2.4.2 主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 -直 -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 2-42是主电路的原理图，它是变频器常用的最基本的格式。 图 2-4 电压型交 -直 -交变频调速主电路 （ 1） .主电路中各元件的功能 主电路中各元件的功能如下。 交 -直电路 整流管 D1 D6 组成三相整流桥，对三相交流电进行全波整流。整流后的直流电压 U=1.35 x 380V = 513V2 滤波电容 Cr 滤除整流后的电压波纹，并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 Ra。延时一段时间后，通过控制电路使开关 JK闭合，将限流电阻短路。 电源指示灯 LP 除了指示电源通断外，还可以在电源断开时，作为滤波电容 Cr 放电通路和指示。滤波电容 Cr 容量通常很大；所以放电的时间较长（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。 Rc 是制动电阻。电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 Rc 上。制动时，通过控制电路使开关管 Tc 导通，充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 形成放电通路。 直 -交电路 2 逆变开关管 T1 T6 组成三相逆变桥，将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 IGBT、功率效应管 MOSFET。 续流二极管 D7 D12 的作用是：当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 R1 R6、电容 C1 C6、二极管 D13 D18 组成缓冲电路，来保护逆变开关管。由于开关管在开通和关断时，要受集电极电流 Ic和集电极与发射极间电压 VCE 的冲击，如图所示，因此要通过缓冲电路进行缓解。当逆变开关管关断时， VCE 迅速升高，Ic 迅速降低，过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（ C1 C6）来减少电压增长率；当逆变开 关管开通时， VCE 迅速降低，而Ic 则迅速升高，并联在逆变开光管两端的电容（ C1 C6)由于电压降低，将通过逆变开关管放电，这将加速电流 Ic 的增长率，造成逆变开光管的损坏。所以增加电阻（ R1R6），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（ D13 D18），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 2-5（ a） 9所示，图中 R、 Y、 B为逆变桥的输 出。图2-5（ b） 9是各逆变管导通的时序，其中深色部分表示逆变导管。图 2-5（ b）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 T1 与 T4、 T2 与 T5、T3 与 T6 每对逆变管不能同时导通。 在 t1 时间段 ,T1、 T3、 T5这 3 只逆变管导通，电机线圈电流的方向是从 R到 Y和从 B到 Y（设从 R 到 Y、从 Y到 B、从 B到 R为正方向），得到线电压为 URY 和 -UYB。 在 t2 时间段， T1、 T5、 T6 这 3 只逆变管导通，电机线圈电流的方向是从 R到 Y和从 R到 B，得到的线电压为 URY 和 -UBR。 在 t3 时间段， T1、 T2、 T6 这 3 只逆变管导通，电机线圈电流的方向是从 R到 B和从 Y到 B，得到的线电压为 -UBR 和 UYB。 在 t4 时间段， T2、 T4、 T6 这 3 只逆变管导通，电机线圈电流的方向是从 Y到 R和从 Y到 B，得到的线电压为 -URY 和 UYB。 9 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 图 2-5 电路简图和逆变管通断时序 在 t5 时间段， T2、 T3、 T4 这 3 只逆变管导通，电机线圈电流的方向是从 Y到 R和从 B到 R，得到的线电压为 -URY 和 UBR。 在 t6 时间段， T3、 T4、 T5 这 3 只逆变管导通，电机线圈电流的方向是从 B到 R和从 B到 Y，得到的线电压为 UBR 和 -UYB。 线电压 URY、 UYB、 UBR 的波形见图 2-69。从图中可以看出，三者之间互差 120，它们的幅值是 U。 图 2-6 逆变输出线电压波形 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。 2.4.3 变频与变压 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 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 = K = 常数 这就要求，当电动机改变电源频率 f时， E 与应该作相应的变化，来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 U 很小，可略去。则： U E 这就说明可以通过调节电压 U，使其跟随频率 f的变化的方法达到使磁通恒定不变的目的，从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（ PWM）。将图 3-6所示的一个周期的输出波形用一组等宽脉冲波来表示，如图 2-710所示。 图 2-7 含有等宽载波的脉宽调制波形 如图 2-8 所示，买个脉冲的宽度为 t1,相邻脉冲的间隔为 t2， t1+t2=Tz(脉冲周期 )。则等宽脉冲的占空比为 =t1/（ t1+t2） 调节占空比，就可以调节输出的平均电压；调 节 PWM 波的频率 1/T，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 PWM波的频率分别进行调整。 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 SPWM 波。 SPWM充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 波大大地减少了谐波成分，可以得到基本满意的效果。 产生正弦脉宽调制波 SPWM 的方法是：用 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。 图 2-8 SPWM 波形生成方法 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 2-811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 2.4.4 电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 SPWM 波控制信号的大规模集成电路芯片，如 HEF4752、 SLE4520、SA4828 等。采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 SA4828 三相SPWM 波控制芯片。 SA4828 时 MITEL 公司推出的一种专用于三相 SPWM 信号发生和控制的集成芯片。充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 它既可以单独使用，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 INTEL 系列和 MOTOROLA 系列单片机；输出调制波频率范围 0 4kHz；16 位调速分辨率；载波频率最高可达 24kHz；内部 ROM 固化 3 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。 SA4828 采用 28 脚的 DIP 和 SOIC 封装。来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 ROM 中的调制波形进行比较，自动生成 SPWM 输出脉冲。通过脉冲删除电路，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 ROM 存有 3 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，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 R0 R5 和 R14、 R15。其中 R0 R5用来暂存来自单片机的数据 ,这些数据可能是初始化数据 ,或者是控制数据；而 R14、 R15 是两个虚拟的寄存器，物理上不存在。当向 R14 写操作时，实际是将 R0 R5 中存放的 48位数据送入 初始化寄存器。当向 R15 写操作时，是将 R0 R5 中存放的 48 位数据送入控制寄存器。 SA4828 芯片可以与多种不同种类单片机接口，这次我们选用的是 INTEL 公司的8051 单片机。 8051 的地址与数据总线，因此， SA4828 芯片的 MUX 引脚接高电平或者悬空不接。通过 8051 的 P0 口与 SA4828 的 AD口相连，提供 8 位数据和低 8位地址，SA4828 芯片中的地址锁存器可以锁存来自 8051 的低 8 位地址，从而将 AD 口输入的地址与数据分开。 SA4828 的地址锁存器由 8051 的 ALE 信号控制。同时，连接的控制信号还有读、 写信号 RD 和 WR。 SA4828 的片选信号 CS 用译码器 74LS138 的控制信号SASEL 控制。 8 SA4828 的 8 个寄存器的地址为 ,寄存器 R0 R5 的地址： 0000H 0005H；虚拟寄存器 R14,R15 的地址 :000EH,000FH。 SA4828 的 SETTRIP 引脚接 8051的 P1.1，使单片机能够在异常情况下封锁 SA4828的输出。 ZPPR 引脚接 8051 的 P3.2（ INT0），测量调制波的频率，用于显示。 SA4828充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 的 TRIP 引脚接一只发光二极管，当 SA4828 的输出被封锁时，发光二极管灯亮报警。SA4828 的 6 个输出引脚 RPHT、 YPHT、 BPHT、 RPHB、 YPHB、 BPHB 分别通过各自的驱动电路，来驱动逆变桥的 6只开关管。 2.5 位移和转速检测部分的设计 2.5.1 位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 -数之间的转换，简化了电路。 （ 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 0.2 0.4m/m以内，精度为 0.5 3 m/1500mm，分辨率可做到 0.1 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400mm，所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。 2.5.2 光栅位移和转速传感器与单片机的接口设计 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 单片机与光栅传感器的接口电路如图 2-9所示。它有 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 LM339 组成。来自光栅的莫尔条纹照到光敏三极管 Ta和 Tb 上，它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 5.1k的电阻和 2 个 5.1k的可调电阻形成一定的参考电压，该参考电压应使光栅输出的 Ua、 Ub 的高、低电平宽度一样（即整形）。从 LM339 输出的整形后的电压信号 Ua、 Ub 送到辨向电路中去，辨向电路是由与门 Y1、 Y2、异或门 E1E2E3 和 4 位寄存器 95 组成。 95 的数据输入端 D1 接收 Ua， D0接收 Ub，接收脉冲由单片机的 ALE 和 T0 端提供。 因此，当 95 的接收脉冲端 LD有脉冲下降沿产生时，则 Ua、 Ub 的电平分别由 D1和 D0 端输入到 Q1、 Q0 去。 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 Q0 输出接到 D2 输入端，把 Q1 输出接到 D3输入端，其意义也就是 Q3、 Q2 寄存 Ua、 Ub 原来的电平，用 Q1、 Q0 寄存 Ua、 Ub 现在的电平。这样在 95中就形成了表 3-110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 LD段输入时，就产生了这种情况：只有当现行的 Ua、 Ub 电平变化时，才会产生表所列的编码；如果 Ua、 Ub 电平不变，在 95 中的 Q3Q2 的数码和 Q1Q0中的数码会完全一样。例如， UaUb=01，而且不变，则接收数据信号从 LD 输 入时， 95接收的结果为 0101,当 UaUb=00 时，在 95接收后为 0000。这些情况有利于判别 Ua、Ub 电平变化。很明显，有如下结论： 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 （ 1）当 Ua、 Ub不变时， 95 的 Q3Q2 和 Q1Q0 相同。所以，只有当 Q2Q1 不等时， 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 Q3Q0 也不等；当 Q2Q1 相等时， Q3Q0 也相同。 （ 2）当 Ua、 Ub 变化时， 95 的 Q3Q2 寄存 Q1Q0 上次的数据， Q1Q0 寄存当前的数据，即 Ua、 Ub 电平。表中有， Q3Q0 相同， Q2Q1 不同时，莫尔条纹下移； Q3Q0 不同， Q2Q1相同时，莫尔条纹上移。 为了实现上面 2 点 结论，在图中采用了 Y1、 Y2、 E1、 E2、 E3 组成的逻辑电路。当 Ua、 Ub 不变时， Y1、 Y2 不应产生任何计数信号。这时，由于 Ua、 Ub不变，则有Q2Q1 不等， Q3Q0 也不等；或者 Q2Q1 相同， Q3Q0 也相同。当 Q2Q1 不等时，就输出 1，同时 Q3Q0 也不等， E3 也输出 1，这样， E1 就会输出 0。所以 Y1、 Y2 也就输出 0，它们都不会产生计数信号。当 Q2Q1 相同， Q3Q0 也相同时， E2 输出 0,E3 输出 0,故 E1也输出 0,使 Y1、 Y2 必定输出 0，也不会产生计数信号。 在 Ua、 Ub变化的情况下，当莫尔条纹上移 时，则必有 Q2Q1 相同， Q3Q0 不同。这时， E2 输出 0， E3 输出 1,使 E1输出 1。因此 ,Y1 输出 0,Y2 输出 1.Y2 输出的上升沿使 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 Q2Q1 不同， Q3Q0 相同。这时 E2 输出 1， E3 输出 0，使E1 输出 1。因此， Y输出 1， Y2输出 0。 Y1输出的上升沿使 4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 CU 端输入，进位信号从 CY 端输出；减法计数时，计 数信号由 CD 端输入，借位信号从 BW 端输出。 193 可以预置数据，预置数据从 D0 D3 输入，接收预置数据的脉冲信号从 LD 端输入。当 LD=0 时， 193 接收 D0 D3 输入的数据。CLR 是清 0端， CLR=1 时 193 清 0。在预置和计数时，要求 CLR=0。 在图 3-9中， 2 个 193 的 LD 端连在一起，通过电阻 R1 接 +5V，并经电容 C0 接地。所以，爱接通电源的瞬间有 CLR=0， LD=0，使 193 接收 D0 D3 输入的数据，即 193清 0。然后， 193 的内容由 CU 和 CD 端的计数脉冲信号确定。单片机通过 P1口接收193 输出的 8 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充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 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 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。 该液压飞行模拟实验转台机械结构如图 3-1 所示。 3.1 升降系统结构分析 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 1500mm，最大行程为400mm，最大载荷为 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/min 以内。 3.1.1 液压缸结构 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