液压飞行模拟转台机械结构设计(精品)☆

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

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。

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。
 

目    录 26000字
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