重庆理工大学毕业论文 （三轴转台仿真设计）目录摘 要3Abstract41 绪论61.1 引言61.2 国外研究状况61.3国内研究状况62 三轴转台的机械设计82.1 三轴转台的概述82.1.1 三轴转台的性能指标82.1.2三轴转台工作原理概述82.1.3 伺服驱动电机的选择与计算92.1.4 直流力矩电机的计算分析122.1.5 框架的选材132.2 转台结构的设计142.2.1 外环装配示意图142.2.2 中环装配示意图152.2.3 内环装配示意图152.2.4 总装配示意图162.2.5 零件示意图163 伺服系统的总体设计173.1伺服系统的组成173.2 三轴转台的工作原理183.3 伺服系统硬件的选择183.3.1 直流电机驱动器的选择193.3.2 圆光栅编码器 增量式YGM506 的选择203.3.3 稳压器的选择203.3.4 软件可编程器件的选择213.3.5 串口卡的选择213.4 伺服控制系统的硬件接线图234 三轴转台的运动仿真244.1 概述244.1.1 主要优点254.1.2 研究复杂的实际情况254.2 三轴转台仿真过程20265 结论286 工作展望29致谢30参考文献31摘 要 航空、 航天工业发展水平是一个国家科技、 经济及国防实力的重要标志。在航空航天领域中, 惯性导航和制导技术是一项核心技术, 三轴转台是测试惯性元件及半实物仿真的重要非标设备, 其性能的好坏直接影响仿真和测试的可靠性和置信度。 三轴转台是以控制理论、相似理论、系统技术和信息技术为基础，利用计算机和专用物理设备为工具，为惯性导航和制导系统仿真试验提供平台的关键设备【1】。 它能够复现空间质心运动中的转角、角速度、角加速度等物理指标。由此，可以在地面试验室 中真实地模拟导弹、飞行器等在空中的各 种飞行姿态，以对敏感元件、惯导系统、执行机构等加以测试 。将昂贵的实物试验转化为试验室中可预测、可重复性研究，为实物试验提供充分的技术指标和试验数据。本文先建模设计，对转台的机械结构进行设计，并对一些标准件进行了选择，主要轴的设计，对一些装配关系进行了二维或者三维的建模。其次，对控制系统进行了分析和选择，包括电机的选型，驱动器的选型，编码器的选型，接口扩充的选型，以及相关元件的选型，详细见附图（电控图）。其中搭建基本的硬件设备，采用软件的控制方法，设置控制系统的各模块选择，实现转台系统的运行功能，完全实现对转台的控制。（尤其是角速度和角位移的测量是本系统成为高精度转台仿真的关键性选择之一）。关键词：三轴转台 伺服系统 建模 直流电机Abstract Aviation, aerospace industry development level is a national science and technology, economy and an important symbol of national defense capabilities。In aerospace field, inertial navigation and guidance technology is a core technology, three axis turntable is testing inertial components and hardware-in-the-loop simulation of important non-standard equipment，who will have a direct impact on the performance of simulation and test reliability and confidence。The three-axis turntable is control theory, the similarity theory and system technology and information technology as the foundation, based on the computer and special physical equipment for the tool, for inertial navigation and provide the guidance system simulation experiment platform of key equipment。It can reiteration the corner space centroid movement, angular velocity and Angle acceleration physical parameters and so on。Thus, can be in the ground in the lab, real simulation of missiles, aircraft in the air each kind of etc, in order to flight attitude is sensitive components, inertial system, executive agencies to test。The real test will be expensive can predict into laboratory research and repeatability, to provide adequate for physical test the technical indexes and test data。The real test will be expensive can predict into laboratory research and repeatability, to provide adequate for physical test the technical indexes and test data。This paper first modeling design, stabilized the mechanical structure design, and the choice of some standard, main shaft design, for some assembly relation of the two-dimensional or three-dimensional modeling。Secondly, to control system is analyzed and options, including motor selection, drive selection, encoder Selection, interface expansion, and related components selection of selection。（Detailed control chart is saw）One set of hardware equipments, adopts the basic control method, setting of the software of the control system, realize the turntable each module selection of system operation function, fully realize the control of turntable。（Especially, the angular velocity and angular displacement measurement is this system become the key choose high one of simulation turntable）Key words: three-axis turntable Servo system modeling Dc motor1 绪论1.1 引言 航空、航天以及航海事业的发展水平反映了一个国家的综合国力，是经济发展水平、科技发展水平及军事实力的综合体现。这个领域的发展对于政治、国防、经济乃至人民的生活都有着重要的意义。而惯性导航及制导技术是航空、航天、航海领域的一项核心技术，早期的同步卫星准确定位、航天飞机的成功发射、导弹的精确制导，这都得益于高水平的惯性导航和制导系统。而惯性导航与制导系统中的核心元件是陀螺仪和加速度计，它们精度的高低将直接影响惯性系统的定位精度。仿真测试转台是航空航天领域中进行地面半实物实时仿真和测试的一种关键硬件设备，它可在实验室环境内实时地复现飞行器在空中的动力学特性和各种飞行姿态，其性能的优劣直接关系到仿真和测试实验的逼真性和置信度2，是最典型的测试仿真设备。1.2 国外研究状况 在国际上，由于惯性制导技术受到世界上技术先进国家和发展中国家的普遍重视，所以美国、俄罗斯、英国、法国、瑞士、中国、印度等国都投入了大量的资金和人力从事转台的研制。其中，美国的转台研究一直处于世界领先水平，其次，德国、英国、法国和瑞士等国研制的转台也具有一定代表性，性能和质量仅次于美国。 世界上的第一台转台是1945年由美国麻省理工学院仪表实验室研制成功的，定为A型转台，采用普通滚珠轴承，用交流力矩电机驱动，角位置测量元件采用滚珠与微动开关，由于采用的元件精度比较低，加上没有经验可以借鉴，该转台存在许多缺点，精度也只能达到角分级，实际上没有投入使用。随后，美国的欧思一伊利诺斯公司的菲克(Fecker)系统分公司又研制出了T-800型伺服转台，它标志着美国的转台设计己经达到了一个新水平。六十年代开始对转台的重要部件如轴承、驱动马达和监测元件进行了系统的改进，研制成功了专用于转台的空气轴承和液压轴承，大调速比、高精度的液压马达和高分辨率的检测元件，把转台的技术水平推向了一个新台阶。同时诞生了一些专业生产转台的公司，如美国的CGC公司、Carco公司、德国的MBB公司等。 1.3国内研究状况我国的转台研制虽然比发达国家起步晚，但这些年来也取得了一定的成就，特别是近几年来，转台的研制得到了很大的发展。目前，国内也有很多研究机构和高校在从事转台的研究与开发，例如哈尔滨工业大学、中航303所、中船6354所、南京航空航天大学等。我国在20世纪60年代自主研发和制造了第一台液压飞行转台仿真，为我国早期飞行器控制和制导系统的发展做出了巨大的贡献。进入80年代后，我国将数字控制引入到了转台控制中，用软件实现了复杂控制规律，参数调整也比模拟控制器方便，将我国的转台研究开发带入了一个新的时代。1990年，中航303所研制成功了SGT 1型三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。进入90年代以来，转台的研制进入了数字和模拟的要求也越来越高，这就对转台的设计和整定提出了更高的要求。 图1.3-1 六自由度转台