液压飞行模拟转台机械结构设计【4张CAD图纸+毕业论文+开题报告+任务书】

液压飞行模拟转台机械结构设计

56页 27000字数+论文说明书+任务书+4张CAD图纸【详情如下】

任务书.doc

底座.dwg

油缸.dwg

液压原理图.dwg

液压飞行模拟转台机械结构设计开题报告.doc

液压飞行模拟转台机械结构设计论文.doc

液压飞行模拟转台装配图.dwg

液压飞行模拟转台机械结构设计

　目    录 

1  绪论

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  机械结构与液压传动系统设计

2.1  升降系统结构分析 2

2.1.1液压缸结构 2

2.1.2液压缸零部件分析 5

2.1.3油缸的壁厚校验 7

2.2  传动系统结构分析与计算 8

2.2.1电动机的选择 8

2.2.2计算各轴的转距及尺寸设计与校核 10

2.2.3键的选择与校核 13

2.2.4皮带的选择 14

2.3  液压系统分析 17

2.3.1液压系统 17

2.3.2液压泵与电动机的选择 18

3  单片机控制系统设计

3.1  单片机的选用及功能介绍 20

3.2  片外存储器功能简介 20

3.3  显示与键盘部分设计 22

3.4  交流异步电动机变频调速系统 24

3.4.1交流异步电动机变频调速原理 24

3.4.2主电路和逆变电路工作原理 25

3.4.3变频与变压 27

3.4.4电动机与单片机的接口 29

3.5  位移和转速检测部分的设计 31

3.5.1位移检测传感器和转速检测传感器的选用 31

3.5.2光栅位移和转速传感器与单片机的接口设计 31

4  系统的PID控制算法

4.1  工作平台位置的推导 35

4.2  工作台输出传递函数的确定 36

4.3  PID控制原理 37

4.4  数字PID控制算法 38

4.4.1位置式PID控制算法 39

4.4.2增量式PID控制算法 39

4.5  智能自适应PID控制器 40

5  系统模拟仿真

5.1  SIMULINK概述 43

5.2  SIMULINK的窗口和菜单 43

5.3  用SIMUINK创建模型 45

5.4  用SIMULINK进行系统仿真与分析 45

5.4.1建立控制系统模型 45

5.4.2系统模块参数设置与仿真参数设置 46

5.4.3系统仿真与分析 47

结    论 51

参考文献 52

致    谢 53

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。

关键词：飞行模拟转台   航空航天    仿真                           

Hydraulic flight simulation turntable

Abstract: flight simulation turntable is aerospace simulation experiment is one of the important equipment in recent years, the development of simulation technology for flight simulation turntable is put forward higher request, but also promote the development and flight simulation turntable. Flying simulation turntable is significant economic value and significance of defense strategy, it is exquisite experiment equipment in the laboratory conditions simulated flying in the air or missile flight hardware-in-the-loop simulation, it is a powerful tool and plant together to simulate the process of missile tracking, can truly simulate flying in space of missile etc all sorts of attitude and dynamic characteristics of the sensor, thus, control system and enforcement agencies and other hardware equipment performance test and evaluation, the development and improvement for vehicle and is designed to provide all kinds of reference. It is directly related to the performance index of fidelity flying simulation results. With the current international situation and the increasingly serious in modern military technology unceasing development, the accuracy of simulation turntable is improving. As a kind of precision motion simulation equipment, the dynamic characteristics of the machine body directly affect the reliability of the dynamic simulation turntable. In the design phase of mechanical machine body dynamic analysis and optimal design of frame structure, especially the dynamic characteristics of the study supported components and structure optimization design is very important. This paper mainly introduces the hydraulic simulation turntable, including the design characteristic and main performance, and the main indexes of tests are introduced and analyzed.

Keywords:  flight simulation turntable   aerospace   simulation

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”。[1]

2． 机械结构与液压传动系统设计

从而可以知道，对于PID控制器而言，增加微分控制器参数D可以减小系统的超调量，缩短系统调节时间；增加积分控制参数I可以增加系统超调量，延长系统调节时间；而增加比例控制参数P值可以缩短系统调节时间。经过分析可以得出：

（1） 如果控制量大的话，那么工作台运动速度斜率就相应变大，运动速度变大，表示工作台运动加速度变大；如果控制量小的话，那么速度斜率就相应变小，运动速度变小，表示工作台运动加速度变小。

（2） 工作台要想维持在稳定的温度（在一定的波动范围之内），就需要一定的能量。在相同的负载下，如果控制量大的话，该系统所能够维持的稳定速度就大，如果控制量小的话，那么该系统所能维持的稳定速度就小。

（3） 如果考虑到工作台负载大小，就可以得到：在设定运动速度相同的情况下，如果系统负载越大，那么控制量需要的就大；如果该系统负载越小，则需要的控制量就小。

（4） 对于一般的控制来说，如果误差为正，误差变化率也为正，说明实际速度已经高于期望值，而且仍然有继续增大的趋势，这个时候控制量就应该大幅度减小；但是如果误差为正，误差变化率为负，那么就要考虑误差偏离的程度和误差变化率变化的程度再决定控制量的大小。如果误差为负，且误差变化率也为负，说明实际速度已经低于期望值，而且这种趋势在变大，那么控制量应该大幅度增加；如果误差为负，误差变化率为正的话，那么也要考虑误差的偏离程度和误差变化率变化的程度再决定控制量的大小。[16]

结论

本次所设计的液压模拟飞行实验转台，是采用并联机构所实现的。目前，大部分飞行模拟转台都采用串联机构实现的。并联机构同串联机构相比它所承受的载荷远远大串联机构，而且在灵活性和实用性上都不逊色串联机构，所以本设计采用了并联机构。本文所设计的液压飞行模拟转台由上升系统几传动系统的机械结构，液压回路和单片机控制系统。由于使用了位移、转速传感器和先进的PID控制算法，从而大大简化了液压缸的机械结构和液压系统结构；并采用了电动机和液压设备一体化的超高压泵站，使得产品设计模块化，各模块之间的接线更加简单明了，易于实现。

在设计单片机的控制系统时，采用的是8051控制芯片，并设计了光栅传感器与单片机的接口电路和驱动电路。系统工作时，由光栅传感器将位移信号反馈给单片机，在单片机中将反馈来的位移信号与期望值进行比较后，其偏差值经由PID控制算法计算后得到电动机的控制量，再通过正弦脉宽调制的方法控制电动机的转速，从而达到控制液压缸升降速度和工作台转速的目的，进而可以实现模拟飞机飞行的姿态。最后利用Matlab对系统进行仿真实验，结果表明本次设计所采用的PID控制算法对系统有较好的控制效果。

在这为期三个月的时间里，笔者充分考察了液压飞行模拟实验转台的使用状况，从实用角度出发，尽可能多的利用自己所学的知识，并大量查阅了相关资料后，得出了如前文所述的设计方案。在这套方案有些设计可能不是最优的，但都应该是可行的。当然一个产品的开发并不如我们想象的这么简单，还有许多方面还没考虑到，可能会存在某些设计环节上的空白。再加上笔者知识有限、经验不足、时间紧促等多方面原因可能会存在某些设计上不成熟的地方或缺陷来，还请老师指正并谅解并改正。

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，2003.2

[2].赵佩华.单片机接口设计及应用. 北京：机械工业出版社，2003

 [3].陈康宁等. 机械工程控制基础. 西安：西安交通大学出版社，1997

 [4]. 成大先主编，机械设计手册（液压传动）. 北京:化学工业出版社，2004

 [5]. 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，2001

[7]. 孙恒，陈作模主编，机械原理.第六版，高等教育出版社，2002

[8]. 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，2000

[9]. 杨叔子，杨克冲.机械工程控制基础.华中科技大学出版社，2003

 [10].田长虹. 变频调速控制系统. 西北电力技术，2004，3

[11].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，2005

[12].何克忠，李伟. 计算机控制系统. 北京：清华大学出版社，1998

[13].章宏甲，黄谊主编，液压传动.北京：机械工业出版社，2000.9

[14]. 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

[16].姚俊，马松辉.Simulink 建模与仿真.西安：西安电子科技大学出版社，2002.8

 [17]. K. C.Chan and C. S. Lin Development of a Computer Numerical Control (CNC) Modular Fixture - Machine  Design  of a  Standard  Multifinger  Module.

 The International Journal of Advanced Manufacturing Technology (1996) 11:18-26

致谢

值此毕业论文完成之际，当我再次回望这些月的经历时，真的是感慨万千，些许成就感油然而生。该项课题对我来说具有不小的挑战性。但是几个月努力下来，最终还是比较顺利地完成了此次毕业设计。     

   在这里我要特别感谢我的热情关怀和悉心指导。我不是您出色的学生，而您却是我尊敬的老师。在我撰写论文的过程中，高老师倾注了不少的心血和汗水，无论是在论文的选题、构思和资料的收集方面，还是在论文的研究方法以及成文定稿方面，我都得到了高老师悉心细致的教诲和无私的帮助，特别是他广博的学识、深厚的学术素养、严谨的工作作风使我受益良多，授人以鱼不如授人以渔，置身其间，耳濡目染，使我接受了全新的思想观念并更加端正了学习态度。设计中遇到困难时跟高老师交流后，常常让我有“山重水复疑无路,柳暗花明又一村”的感觉，再次表示真诚地感谢！

 我还要感谢学校，感谢学校图书馆给我们提供完成毕业设计必不可少的资料，这给我们带来了极大的方便，让我们能够更加独立地完成这一个课题，使我们在即将离校的最后一段时间里，能够更多学习一些实践应用知识，增强了我们实践操作和动手应用能力，提高了独立思考的能力。再一次对我的所在的学院，我的母校表示感谢！最后，向在百忙中抽出时间对本论文进行评审并提出宝贵意见的各位专家表示衷心地感谢！并再次感谢所有在这次毕业设计中给予过我帮助的良师益友。四年的读书生活在这个季节即将划上一个句号，而于我的人生却只是一个逗号，我将带着对亲朋好友的感激以及对自己的承诺在我的人生里再次起航。