液压飞行模拟转台机械结构设计【含CAD图纸+PDF图】
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液压飞行模拟转台机械结构设计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”。12 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2-1所示。2.1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。2.1.1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2-2所示。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2-3所示。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。图2-2液压缸总体结构图图2-3 液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400mm，当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。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2-4所示的方法固定底盖。图2-4中液压缸底座处转有4个螺纹孔，用4个型号为M16x44的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35mm，可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。2.1.2 液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QT600。图2-4液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f9的公差等级，外径对内孔的同轴度公差不大于0.02mm，端面与轴线的垂直度公差不大于0.04mm/100mm，外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Ra值选用0.16m。活塞杆要在导向套中滑动，一般采用H8/f7的配合。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0.01mm，是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0.04mm/100mm，以保证活塞安装不产生歪斜。活塞杆的外圆粗糙度Ra值取0.16m。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0.030.05mm，并进行抛光或磨削加工。活塞杆导向套装在缸筒和支撑套的内侧，被限制在缸筒和支撑套的卡槽之内，但不固定死。用以对活塞杆进行导向，内装有密封装置以保证缸筒的密封。上方装有防尘圈，以防止活塞杆在后退时把杂质、灰尘及水分带到密封装置处，损坏密封装置。如图2-5所示：导向套的材料我们选用的是摩擦系数较小、耐磨性好的青铜ZQSn-1。导向套外圆与缸筒内孔工作表面的配合多为H8/f7，内孔与活塞杆外圆的配合也可采用H8/f7。外圆与内孔的同轴度公差不大于0.03mm，圆度和圆柱度公差0.05mm。本次设计中所有的密封装置都采用的是O型密封圈。O型密封圈在往复运动过程中，除了自密封作用外，由于压力的作用和液体分子与金属表面相互作用的结果，又业中所含的“极性分子”便在金属便表面形成一个坚固的边界层油膜，且对轴产生很大的附着力。该油膜始终存在于密封件与往复运动轴之间，从泄露的角度看，这是有害的，长时间的使用后会造成油液的泄露；但它对运动密封面的再润滑却起到异常重要的作用。所用材料是橡胶。符合GB3452.1-82的标准。4图2-5 导向套的设计液压缸底座与油缸之间的连接、光栅尺密封层与活塞之间的连接还有支撑套与油缸壁之间的连接件采用的都是沉头内六角螺钉。符合GB70-85的标准。工作台与盖板之间的连接和对油缸底盖的顶升都采用了六角头螺栓，并符合GB5783-86的标准。2.1.3油缸的壁厚校验油缸的额定压力Pn应低于一定极限：（2-1）4式中：Pn额定工作压力；D1油缸外径，本次为116mm；D油缸内径，本次为86mm；S油缸材料屈服强度。油缸的材料为45号钢，查表可得S=360MPa；由此可知上式 右边=50.745 MPa液压缸最大工作载荷为1t，面积为4757.1mm2(2-2) 4其中：Wmax为最大工作载荷，本次为10000N。经校验，油缸壁所受压力在许可范围之内。2.2 传动系统结构分析与计算 传动系统是由电动机提供动力，为了防止在启动和关闭是电动机受到冲击，在电动机与轴连接处采用离合器，然后通过皮带轮将动力传到工作台带动工作台旋转，从而达到模拟飞行的转动。由于工作时平台上将放重物为了减少轴承所承受的稠向力,所以在工作台下用滚球与支撑台接触,既减少了对轴承的力而且采用滚珠是滚动摩檫使得摩檫力不是很大从而所需要的转距不大。该系统由电动机、离合器、皮带轮以及轴和轴承组成。其结构图如图2-6所示。图2-6传动机构图2.2.1 电动机的选择电动机是已经系列化了的标准产品。在设计中，主要根据所需电动机的输出功率、工作条件及经济要求，从产品目录中选择其类型、结构形式、容量（功率）和转速、并确定其型号。（1）电动机类型的选择因为三相交流异步电动机（特别是鼠笼式感应电动机）具有结构简单，工作可靠，价格便宜和维护方便等优点，所以应用广泛。尤其在中小功率，无须调速而又长期带动稳定或变动载荷的设备中用得较多。在选择电动机的类型时，主要考虑的是：静载荷或惯性载荷的大小，工作机械长期连续工作还是重复短时工作，工作环境是否多灰尘或水土飞溅等方面。对于一般用途，无特殊要求的工作机械（如机床，鼓风机，水泵等）通常选用J2或JO2型电动机。对于灰尘较多或水土飞溅的地方（如磨粉机，碾米机，农用机械，矿山机械等）则必须选用JO2型封闭自冷式电动机。对于起动载荷或惯性载荷较大的机械（如连续运输机械，压缩机，锤击机，柱塞式泵等），则宜选用JO3或JO2型电动机。对于各种型式的起重机，牵引机和冶金机械设备等，必须选用JZ，JZR型起重及冶金用三相异步电动机。（2）电动机转速的选择同一功率的异步电动机有每分钟转速为3000、1500、1000、750的几种。当工作机械（如鼓风机，压缩机等）转速较高时，一般选用同步转速为3000转/分的电动机较为经济。如果工作机械的转速太低（即传动装置的总传动比太大），将导致传动装置机构复杂，价格较高，所以需要全面考虑。在一般机械中1500和1000转/分的电动机用得最多。它们适应性大，供应普遍。同步转速为750转/分的电动机，只有要求低转速，在功率较大，起动次数频繁等情况下才使用。（3）电动机功率的选择电动机功率的选择与电动机本身发热，载荷大小，工作时间的长短有关，因此应根据不同的工作情况考虑。对于长期连续工作，载荷稳定或很少变化的工作机械，一般应根据电动机的额定功率约大于所需功率10%来选择电动机。可以通过以下几种方法确定电动机的功率：1. 可以在测定和估算出工作机构的有用功率，查表得到有关机械传动的效率之后，运用公式计算2. 看看功率相仿的同类型机械所用的电动机，进行类比选择。3. 假如根据同类机器进行仿造，需要重新考虑电动机功率，则可先用钳型电流表测定机器的满载电流，然后按“2.5安约需1千瓦”的经验数据估算出来。5（4）电动机的计算和具体选择由于工作台最大载荷为1t,约为10000N。由f=u*F,T=f*L（2-3）5式中： f-摩檫力,单位N;u-摩檫系数,单位1;F-物体重力,单位N;T-扭距,单位Nm;L-力臂长度,单位m。在额定状态下运行时有：式中:n-转速,单位r/min。可估算出P1.2kW考虑到V带传动、离合器和设计余量取该电动机的额定功率P为1.5kw。据以上计算所得电动机参数以及考虑到电机工作的环境选择砂轮电动机的型号为：Y100L-6。其功率为1.5kw，同步转速为1000r/min，满载转速为9400r/min、电流3.97A、效率77.5%、功率因数（cos）0.74，堵转电流为额定电流的6倍，堵转转矩为额定转矩的2倍。5Y2系例三相异步电动机完全封闭，外扇冷式、鼠笼型结构。具有设计新颖、造型美观、噪声低、效率和转矩较高、起动性能好、结构紧凑、使用维护方便等优点。整机采用F级绝缘，且按国际惯例的绝缘结构评定方法设计，从而大大提高了整机安全可靠性。2.2.2 计算各轴的转距及尺寸设计与校核 2.2.2.1轴转距计算 取轴的离合器的传动效率为0.99 1轴： （2-4）（2-5）6 2轴： 由于设计的方案中，与轴进行装配的零件只有离合器，重量都比较轻，故所受的弯矩很小，可以忽略不计。因此下面将主要校核轴径尺寸、轴的刚度以及轴的扭转变形。2.2.2.2轴尺寸设计根据轴的扭转强度条件为：（2-6）6其中： 为扭转切应力，单位为Mpa T 为轴所受的扭矩，单位为N.mm 为轴的抗扭截面系数，单位为 n 为轴的转速，单位为r/min p为轴传递的功率，单位为kw d 为计算截面处的直径，单位为mm由上式可得的直径6 其中 根据所选轴的材料为45号钢，查表153，取6则对于1轴： 所以取与离合器配合段的轴径为50mm， 则另一端安装皮带轮处的直径为40mm。对于2轴： 所以取与皮带轮配合段的轴径为45mm， 则另一端安装工作台处的直径为60mm并采用花键形式。2.2.2.3 校核各轴的扭转刚度根据下面公式进行校荷各轴（2-7）6设计时，各轴选材都为45号钢，其，在这里取30mpa，由于各轴的结构形式基本相同，故它们的扭距图也相同。如下图2-7所示：图2-7各轴的扭矩示意图对于1轴:故合适。对于2轴：故合适。2.2.2.4校核各轴的扭转变形校核各轴的扭转变形，主要根据下面的公式进行计算：（2-8）6 式中： T-为轴所受的扭距，单位为N.mm G-为轴的材料的剪切弹性摸量，单位为MPa，对于钢材， -为轴截面的极惯性矩，单位为，对于圆轴， l-为轴的长度，取单位长度 轴的扭转刚度条件为： 其中为轴每米长的允许扭转角，与轴的使用场合有关。对于一般传动轴，可取，在这里取0.7。对于1轴：故安全。对于2轴： 故安全。2.2.3 键的选择与校核在设计完轴的尺寸和确定完联轴器的类型后，由于各轴所获得的转矩是通过轴和联轴器之间的键联接方式实验的，所以下面来确定键的尺寸和强度。对于1轴：（1） 确定键联接的类型和尺寸选用平键联接，由于联轴器的键槽类型为A型，故选用A型平键。5根据d = 40mm，中查得键的截面尺寸为：宽度b=12mm，高度h =8mm，由键的长度系列，取键长L=50mm（2） 校核键联接的强度键、轴的材料是钢而轮毂为铸铁，查机械手册得许用挤压应力，取其平均值为55mpa。(2-9) 6式中: T-传递的转距,单位为Nm； k-键与轮毂键槽的接触高度,k=0.5h,此处h为键的高度,单位为mm； l-键的工作长度,单位为mm； d-轴的直径,单位为mm； -键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力,单位为MPa； P- 键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用应力,单位为MPa。键的工作长度为 ，键与轮毂键槽的接触高度6由式子2-9可得：故合适对于2轴：（1） 确定键联接的类型和尺寸选用平键联接，由于离合器的键槽类型为A型，故选用A型平键。根据d = 45mm，查机械设计手册得键的截面尺寸为：宽度b=14mm，高度h =9mm，由键的长度系列，取键长L=42mm（2） 校核键联接的强度键、轴的材料是钢而轮毂为铸铁，查机械手册得许用挤压应力，取其平均值为55mpa。键的工作长度为 ，键与轮毂键槽的接触高度由式子2-9可得：故合适。2.2.4 皮带的选择 已知传动比i=2 ，电动机功率为1.1KW，转速n=910r/min，每天工作8小时，皮带初步定为普通V带。（1） 确定计算功率Pca =KAP(2-10) 6式中： Pca计算功率，单位为KW；P- 传递的额定功率（例如电动机的额定功率），单位为KW；KA-工作情况系数，由机械设计V带传动的设计中，查表86得 KA=1 则 Pca =KAP=1x1.5=1.5KW（2） 确定V带类型根据Pca =1.5KW n = 940r/min，由图8-8选A型6（3） 确定带轮基准直径根据表83和87可知，ddmin=75mm6 则取主动轮直径为dd1=200mm.（2-11）6式中：n1、n2-主动轮直径和从动轮的转速，单位r/min;dd1、dd2-主动轮直径和从动轮的直径，单位为mm。 根据表8-7，确定从动轮直径dd2=100mm 。 (2-12) 6式中： v1-主动轮的圆周速度，单位为m/s;n1-主动轮的转速，单位r/min;dp1-主动轮的节圆直径，单位为mm;dd1-主动轮直径（可代替dp1），单位为mm。因为v1M1的条件，则采用开关控制模式进行控制（Bang-Bang控制），使误差迅速减小；(2)如果误差趋势增大，则加大控制量以便迅速纠正偏差，此时应该采用PID控制模式1；(3)如果误差趋势减小，则叫嚣控制量，采用PID控制迷失2；(4)如果误差为0或很小（在允许的误差范围内），系统已经处于平衡状态，则保持原有的控制输出，即保持控制模式1。上面所讨论的这种智能型PID控制算法既有“IfThen”这种人工智能的推理逻辑运算；又有PID的解析运算，因而其控制功能早已超出了一般的PID控制器。除此之外，智能型PID控制还可以充分发挥计算机运算速度快、精度高、存储信息容量大和逻辑判断功能强的优点。完全有理由可以这样认为，智能PID控制在今后的工业控制过程中将会得到越来越广泛的应用。5. 系统模拟仿真仿真是以相似性原理、控制论、信息技术及相关领域的有关知识为基础，以计算机和各种专用物理设备为工具，借助系统模型对真实系统进行实验研究的一门综合性技术。它利用物理或数学方法来建立模型，类比模拟现实过程或者建立假想系统，以寻求过程的规律，研究系统的动态特性，从而达到认识和改造实际系统的目的。仿真技术在许多复杂工程系统的分析和设计研究中越来越成为不可缺少的工具。计算机仿真是在研究系统过程中根据相似原理，利用计算机来逼真模拟研究对象。仿真系统一旦建立就可以重复利用，特别是对计算机仿真系统的修改非常方便。经过不断的仿真修正，逐渐深化对系统的认识，以采用相应的控制和决策，使系统处于科学的控制和管理之下。归纳起来，仿真技术的用途有如下几点：1、优化系统设计。在实际系统建立以前，通过改变仿真模型结构和调整系统参数来优化系统设计。如控制系统、数字信号处理系统的设计经常要靠仿真来优化系统性能。2、系统故障再现，发现故障原因。实际系统故障的再现必然会带来某种危害性，这样做是不安全和不经济的，利用仿真来再现系统故障则是安全的和经济的。3、验证系统设计的正确性。4、对系统或其子系统进行性能评价和分析。多为物理仿真，如飞机的疲劳试验。5、训练系统操作员。常用与各种模拟器，如飞行模拟器、坦克模拟器等。6、为管理决策和技术决策提供支持。5.1 SIMULINK概述SIMULINK是一个比较流行的动态仿真工具。SIMULINK是MATLAB的扩展，它是一个用于对系统进行建模、仿和分析的软件包，所适应的系统非常广泛，支持连续、离散及二者混合的线性系统和非线性系统，也支持具有多样速率的多速率系统。SIMULINK提供了基于Windows的图形化（使用方框图）的编程工具。通过这个工具，用户可采用方框图建立系统的模型，比传统的仿真软件包用微分方程或差分方程建摸具有更直观、方便、灵活的优点。除此之外，SIMULINK还提供许多MATLAB函数，供用户在MATLAB环境下，直接使用仿真算法的各种命令，实现仿真过程。5.2 SIMULINK的窗口和菜单用户只要在MATLAB的提示符下键入“simulink”，按回车键后即可启动SIMULINK工具包。这时，出现如图5-1所示的SIMULINK主要方块图库（library）窗口。按方块图库包含模块功能的不同将其分为七大类。其中，Sources（输入源）库主要包括与系统输入有关的功能模块；Sinks（输出方式）库包括与系统输出、显示有关的功能模块；Discrete库、Linear库、Nonlinear库分别包含了与离散系统、线性系统、非线性系统等有关的功能模块；Connections包含与系统元件、参数之间连接的功能模块。用户通过双击某一类库的图标，可以浏览和选取其中具体的功能模块。 图5-1 SIMULINK方框图库在SINULINK启动时，还同时打开了一个SINULINK模型窗口。在该窗口中用户可以新建一个模型或打开一个已经存在的模型。用户在建模后，可以对其进行编辑、保存、仿真和分析等操作。5.3 用SIMUINK创建模型用SIMUINK创建模型，包含建立模型窗口、将所需要的模块方框图拖入模型窗口、调整模块输入端口数目、模块间进行连线、模块相应参数的设置和模型保存等主要步骤。建模方法如下：第一步，在SIMULINK窗口中，利用File菜单的New选项，创建一个新的模型窗口。第二步，将所需要的模块方框图拖入模型窗口。第三步，调整模块输入端口的个数第四步，按信息流动的顺序将上述功能模块连接起来得到所需要的模型；接着，分别设置每一个功能块的参数；最后，可以将其保存为example.mdl文件。5.4 用SIMULINK进行系统仿真与分析建立或打开了一个系统的模型后，就可以对系统进行仿真了。SIMULINK启动一个仿真，有两种选择的方法。一种是在Simulation菜单中选择命令，这种方法简便，特别是在创建或调试一个系统时，非常方便。另一种是在MATLAB窗口种键入仿真命令与分析命令，可以让用户方便观察改变模块或积分参数变化的结果。下面是用第一种方法对本文的系统进行仿真。根据上面计算的传递函数：分别设 所以经过分析可以得出上述函数为二阶系统。5.4.1 建立控制系统模型按照控制系统的物理与数学模型建立系统模型。在建立系统模型之前，首先给出建立系统模型所需要的系统模块，如下多述：（1） Sources模块库中的Step模块：作为阶跃信号输入。（2） Discrete模块库中的Uint Delay模块：产生单位延迟。（3） Math模块库中的Gain模块：作为信号增益。（4） Math模块库中的Sum模块：对输入求和或差。（5） Continuous模块库中的Transfer Fcn模块：对线性连续系统的传递函数的描述。（6） Continuous模块库中的Variable Transport Delay模块：对输入信号进行可变时间的延迟。（7） Sinks模块库中的Scope模块：为信号显示器。建立系统的模型，如图5-2所示：图5-2 控制系统模型5.4.2 系统模块参数设置与仿真参数设置阶跃信号输入模块Step、单位延迟模块Uint Delay、对输入信号进行可变时间延迟的Continuous模块设置为默认值；线性连续系统传递函数为给定函数，信号增益模块为PID参数调节模块，具体PID参数调节方法如下：过程控制系统的控制质量取决于组成该系统的各个环节的特性和系统的结构。一个系统通常由广义过程和控制器两部分组成，如果控制方案已经确定，那么过程个通道的静态和动态特性就已经确定，这样，系统的控制质量就取决于卡器各个参数的设置。控制器参数的整定是指决定控制器的比例度K、积分时间常数T和微分时间常数T的具体数值。整定的实质就是通过改变控制齐的参数，使其特性和过程特性相匹配，以改善系统的动态和静态性能，取得满意的控制效果。整定控制器参数的方法很多，归纳起来可分为两大类，即理论计算整定法和工程整定法。但是从前面的章节已经知道，工业过程的特性往往比较复杂，不论是机理分析法还是实验法都很难的出系统的数学模型，而且加上理论整定参数计算繁琐、工作量大、可靠性不高。与其相比较而言，工程整定法不需要预先知道系统的数学模型，直接在过程控制系统中现场进行整定，其方法简单、计算简便、易于掌握；虽然也是一种近似的方法，所得整定参数也不一定为最佳，但是相当实用，因此在这里使用工程整定法。工程整定的方法又有很多，通常有经验法、衰减曲线法、临界比例法和响应曲线法等等。本文采用的是经验法中的现场“试凑”法。根据PID控制器的P、I、D参数对系统性能的影响为理论依据，按照先比例（P）、再积分（I）、最后微分（D）的顺序将控制器参数逐个进行反复的“凑试”，知道获得满意的控制效果。具体步骤如下：1、积分器时间T=，微分时间T=0。将系统投入运行。整定比例度K。如果曲线振荡频繁，则加大比例度K；如果曲线超调大，且趋于非周期过程，则减小比例度K。2、引入积分作用（此时应该将上述比例度K加大1.2倍）。将T由大到小进行整定。如果曲线波动较大，则应该增大积分时间T；如果曲线偏离设定值后长时间回不来，则需要见效T，以求得较好的过渡过程曲线。引入微分作用，将T=（1/41/3）TI设置，并且由小到大进行调整。如果曲线超调大而衰减慢，则增大T；如果曲线振荡厉害，则需要减小T。观察曲线，再适当调节K和T，反复调试直到求得满意的实际曲线为止。5.4.3 系统仿真与分析在对系统模块参数与系统仿真参数进行设置之后，对系统进行仿真和分析。为了对控制器的作用有一个直观的认识，这里使用两组不同的PID控制参数对系统进行仿真，其结果如图5-3所示。PID参数：P=5 I=0.005 D=0.5PID参数：P=1 I=0.01 D=0图5-3 不同参数模拟系统和仿真结果从而可以知道，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
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