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哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
摘 要
航空、航天工業(yè)發(fā)展水平是一個(gè)國(guó)家科技、經(jīng)濟(jì)和國(guó)防實(shí)力的重要標(biāo)志。而轉(zhuǎn)臺(tái)則作為航空、航天等領(lǐng)域中進(jìn)行半實(shí)物仿真和測(cè)試的關(guān)鍵設(shè)備，也就在其研制過(guò)程中起到了極其重要的作用。
采用飛行模擬轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行仿真不僅加快了武器與飛行控制系統(tǒng)的研制過(guò)程，也是研制費(fèi)用大大降低，同時(shí)它是保證航空、航天型號(hào)產(chǎn)品和武器系統(tǒng)精度及性能的基礎(chǔ)。因此，轉(zhuǎn)臺(tái)的研究與制造對(duì)航空、航天工業(yè)和國(guó)防建設(shè)的發(fā)展具有重要作用。
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要工作有對(duì)現(xiàn)有三軸飛行轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行調(diào)研和分析，明確三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的工作原理和結(jié)構(gòu)組成部分，同時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有狀況進(jìn)行考察并對(duì)其建模，給出其中現(xiàn)有各物件尺寸及相對(duì)位置，還有設(shè)計(jì)外框馬達(dá)單通道試驗(yàn)結(jié)構(gòu)、中框馬達(dá)單通道試驗(yàn)結(jié)構(gòu)和內(nèi)框電機(jī)試驗(yàn)結(jié)構(gòu)、撰寫(xiě)論文。
關(guān)鍵字 轉(zhuǎn)臺(tái);仿真;驅(qū)動(dòng)元件
Abstract
Aviation and aerospace industry development level is an important symbol of national science and technology, economy and national defense strength. While the turntable as aviation, aerospace and other fields ofhardware-in-the-loop simulation and test of key equipment, also in the process of its development has played a very important role.
The flight simulation turntable simulation not only speed up the process of development of weapon and flight control system, also is development cost is greatly reduced, at the same time it is to ensure that aviation and aerospace model product and the basis of weapon system accuracy and performance. Therefore, the study of the turntable and manufacturing for the development of aviation, aerospace industry and national defense construction plays an important role.
The graduation design main job is to the existing research and analysis for three axis turntable flight, clear the working principle and structure of the three-axis turntable part of inspection for the laboratory existing conditions and its modeling, given the current size of various objects and the relative position, and the design frame motor single channel of frame structure, the test motor single channel test structure and frame motor test structure, writing essays.
Keywords turntable;simulation;driving element
目錄
摘要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1 課題研究的目的、背景和意義 1
1.2 國(guó)內(nèi)外測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)的發(fā)展概況 1
1.2.1 國(guó)外對(duì)測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)的研究 1
1.2.2 國(guó)內(nèi)對(duì)測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)的研究 3
1.3 未來(lái)轉(zhuǎn)臺(tái)發(fā)展趨勢(shì) 5
1.4 本章小結(jié) 5
第2章 半實(shí)物仿真 6
2.1 半實(shí)物仿真系統(tǒng)定義 6
2.2 半實(shí)物仿真的先進(jìn)性及其特點(diǎn) 6
2.3 半實(shí)物仿真的基本組成和原理 6
2.4 三軸飛型轉(zhuǎn)臺(tái)與半實(shí)物仿真 7
2.5 本章小結(jié) 8
第3章 三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的概述 9
3.1 三軸轉(zhuǎn)臺(tái)工作原理的概述 9
3.2 仿真轉(zhuǎn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)原件的選擇和標(biāo)準(zhǔn) 9
3.2.1 液壓驅(qū)動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn) 9
3.2.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn) 10
3.3 驅(qū)動(dòng)型式的選擇 10
3.4 本章小結(jié) 11
第4章 驅(qū)動(dòng)元件試驗(yàn)場(chǎng)地 13
4.1 實(shí)驗(yàn)室地基 13
4.2 儲(chǔ)能器 13
4.3 實(shí)驗(yàn)室整體建模 14
4.4 本章小結(jié) 15
第5章 外框馬達(dá)單通道實(shí)驗(yàn)方案 16
5.1 試驗(yàn)環(huán)境 16
5.2 馬達(dá)受力計(jì)算 16
5.3 負(fù)載盤設(shè)計(jì) 16
5.3.1 設(shè)計(jì)條件 16
5.3.2 偏載件 17
5.3.3 負(fù)載盤 17
5.3.4 負(fù)載總成 18
5.4 底座 19
5.5 外框驅(qū)動(dòng)元件試驗(yàn)結(jié)構(gòu) 21
5.6 本章小結(jié) 22
第6章 中框馬達(dá)與內(nèi)框電機(jī)試驗(yàn) 24
6.1 中框馬達(dá)試驗(yàn) 24
6.1.1 試驗(yàn)環(huán)境 24
6.1.2 模擬負(fù)載 24
6.1.3 底座 25
6.1.4 安裝彎板 25
6.2 內(nèi)框電機(jī)試驗(yàn) 25
6.2.1 模擬負(fù)載 25
6.2.2 電機(jī)的安裝及固定 25
6.3 中框馬達(dá)和內(nèi)框電機(jī)試驗(yàn) 26
6.4本章小結(jié) 27
結(jié)論 28
致謝 29
參考文獻(xiàn) 30
附錄1 32
附錄2 36
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第1章 緒論
1.1 課題研究的目的、背景和意義
航天、航空以及航海事業(yè)的發(fā)展水平反映了一個(gè)國(guó)家的綜合國(guó)力，體現(xiàn)了一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、科技發(fā)展水平以及軍事實(shí)力的綜合體現(xiàn)。這個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展程度對(duì)國(guó)防、經(jīng)濟(jì)、政治乃至人民的生活都具有非常重要的意義。當(dāng)今隨著科技的不斷發(fā)展，其在人民生活中也有著越來(lái)越重要的意義。同時(shí)人類對(duì)太空的探索越來(lái)越深入，對(duì)探索工具及飛行器的精密度、可控性的要求也更加嚴(yán)格，其中航天飛機(jī)的升空飛行、導(dǎo)彈的準(zhǔn)確定位與自動(dòng)跟蹤均離不開(kāi)慣性導(dǎo)航與制導(dǎo)技術(shù)。
在現(xiàn)代軍事工業(yè)、航天工業(yè)中，高精確制導(dǎo)的導(dǎo)彈、自動(dòng)導(dǎo)航的飛行器，在戰(zhàn)爭(zhēng)中具有越來(lái)越重要的作用，因此世界各個(gè)國(guó)家都極其重視制導(dǎo)系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)。在研制的過(guò)程中，如何準(zhǔn)確的獲得飛行數(shù)據(jù)和規(guī)律就成為了研制高性能準(zhǔn)備的關(guān)鍵。
在早期的導(dǎo)彈、飛行器的研制過(guò)程中。為了獲得這些飛行數(shù)據(jù)，使用的是外場(chǎng)地試驗(yàn)法，就是在武器本身上安裝各種傳感器，并在實(shí)際飛行中測(cè)量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并評(píng)價(jià)系統(tǒng)的性能，由于這種方法成本太高，不具備重復(fù)性，會(huì)造成財(cái)力、物力、人力的浪費(fèi)，同時(shí)這樣有限的試驗(yàn)所獲得的規(guī)律不可能十分準(zhǔn)確，也就不利于飛行器的研制和更新?lián)Q代。
另一種方法就是在轉(zhuǎn)臺(tái)上測(cè)試，仿真設(shè)備在地面測(cè)試和評(píng)價(jià)制導(dǎo)系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)。仿真轉(zhuǎn)臺(tái)是用于類似飛機(jī)、導(dǎo)彈等飛行器姿態(tài)仿真的運(yùn)動(dòng)模擬器，是整個(gè)制導(dǎo)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)仿真或轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)控制與測(cè)試的核心設(shè)備之一，主要功能是用來(lái)模擬導(dǎo)彈在空中的三種角姿態(tài)（俯仰、偏航、橫滾）運(yùn)動(dòng)，作用是將仿真機(jī)計(jì)算出來(lái)的飛行姿態(tài)的電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閼T性負(fù)載和轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)可以識(shí)別的機(jī)械轉(zhuǎn)角信號(hào)，便于導(dǎo)彈或飛行器的研發(fā)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。
1.2 國(guó)內(nèi)外測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)的發(fā)展概況
1.2.1 國(guó)外對(duì)測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)的研究
轉(zhuǎn)臺(tái)的研究與發(fā)展，一直都是以美國(guó)為代表的。美國(guó)式最先進(jìn)的制造轉(zhuǎn)臺(tái)的國(guó)家。第一臺(tái)轉(zhuǎn)臺(tái)于1945年誕生于麻省理工學(xué)院，這種轉(zhuǎn)臺(tái)后來(lái)被命名為A型轉(zhuǎn)臺(tái)。這種轉(zhuǎn)臺(tái)使用滾珠軸承支撐，交流力矩電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，位置分辨率為角分級(jí)，這就是美國(guó)轉(zhuǎn)臺(tái)發(fā)展的第一階段。后來(lái)麻省理工在A型轉(zhuǎn)臺(tái)的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改，用精密齒輪系代替直接驅(qū)動(dòng)裝置，研究出了B型和C型轉(zhuǎn)臺(tái)。從那時(shí)起美國(guó)的轉(zhuǎn)臺(tái)研究就無(wú)論是在數(shù)量、種類還是精度和自動(dòng)化程度上都居于世界領(lǐng)先水平，代表了當(dāng)今世界轉(zhuǎn)臺(tái)的發(fā)展水平和方向。轉(zhuǎn)臺(tái)的發(fā)展經(jīng)歷從單軸、低精度、單功能到多軸、高精度、多功能的各個(gè)階段。
1954年，D型轉(zhuǎn)臺(tái)研制成功，這標(biāo)志著轉(zhuǎn)臺(tái)的發(fā)展已經(jīng)達(dá)到一個(gè)新的水平。D型轉(zhuǎn)臺(tái)的軸的支撐采用成對(duì)的精密錐形滾珠軸承，用直流力矩電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)軸系，使動(dòng)態(tài)性能得到改善。轉(zhuǎn)臺(tái)的角位置測(cè)量采用光電敏感系統(tǒng)。為了減少軸系的摩擦，降低干擾力矩，1959年開(kāi)始，研究出了D型液壓軸承轉(zhuǎn)臺(tái)，大大提高了測(cè)試精度。
1968年，在D型液壓軸承轉(zhuǎn)臺(tái)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)和制造了E型轉(zhuǎn)臺(tái)，這被認(rèn)為是進(jìn)入美國(guó)轉(zhuǎn)臺(tái)發(fā)展的第二階段。E型轉(zhuǎn)臺(tái)采用徑向和軸向有壓力補(bǔ)償?shù)囊簤狠S承，并在耳軸上采用空氣軸承，由一個(gè)光學(xué)讀出系統(tǒng)測(cè)量角度，轉(zhuǎn)臺(tái)的定位精度在3角秒之內(nèi)。這一時(shí)期的美國(guó)轉(zhuǎn)臺(tái)主要采用空氣軸承和交流力矩電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，從而因摩擦力的減小而大大提高了轉(zhuǎn)臺(tái)的位置精度和速率精度與速率平穩(wěn)性。并開(kāi)始應(yīng)用計(jì)算機(jī)參與系統(tǒng)控制，如菲克公司研制的3768型、3769型單軸轉(zhuǎn)臺(tái)及5769型雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)。
六十年代以后，由于美國(guó)的陸海軍和民用部門應(yīng)用慣性系統(tǒng)越來(lái)越多，對(duì)陀螺精度要求也越來(lái)越高，因此轉(zhuǎn)臺(tái)的研究進(jìn)入了一個(gè)飛速發(fā)展的時(shí)期。這一時(shí)期的轉(zhuǎn)臺(tái)大多采用氣浮軸承，力矩電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，直至發(fā)展為采用計(jì)算機(jī)控制，這一時(shí)期轉(zhuǎn)臺(tái)對(duì)漂移率（陀螺、加速度計(jì)等慣性原件及平臺(tái)系統(tǒng)的性能指標(biāo)）的測(cè)試精度已經(jīng)達(dá)到0.001o/h以上。
1969年以后，美國(guó)的轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)和制造進(jìn)入了系列化階段，技術(shù)進(jìn)一步得到發(fā)展和完善，相應(yīng)的轉(zhuǎn)臺(tái)也成為一種廣泛使用的測(cè)試設(shè)備。從那時(shí)候至今，位于美國(guó)賓夕法尼亞洲的康特維斯-戈?duì)柶澒荆–ontraves-Georz Corporation 簡(jiǎn)稱CGC）成為美國(guó)制造慣導(dǎo)測(cè)試設(shè)備和運(yùn)動(dòng)模擬系統(tǒng)的主要廠商，并一直代表美國(guó)乃至世界慣性設(shè)備，尤其是轉(zhuǎn)臺(tái)的發(fā)展水平。
從20世紀(jì)70年代初開(kāi)始，CGC著手研制并生產(chǎn)系列多軸陀螺測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)，具體為：1972年為Draper實(shí)驗(yàn)室的第三代陀螺儀和HoneyWell公司的靜電支撐陀螺儀，研制成功了53D型和53E型轉(zhuǎn)臺(tái)，1979年為西德航空航天研究試驗(yàn)院研制成功了53G型轉(zhuǎn)臺(tái)。此外，這個(gè)系列的轉(zhuǎn)臺(tái)還有53B型、53W型等型號(hào)，均是為了各種飛行器的慣性測(cè)試而研制的。53系列轉(zhuǎn)臺(tái)的主要特點(diǎn)是：臺(tái)體形式均為多軸，其中53B型為四軸慣性制導(dǎo)測(cè)試系統(tǒng)，53D型、53E型、53G型、53W型為三軸轉(zhuǎn)臺(tái)，普遍采用氣浮軸承，軸系回轉(zhuǎn)精度和正交精度均達(dá)到角秒級(jí)；使用感應(yīng)同步器作測(cè)試元件，測(cè)試精度和定位精度均達(dá)到1角秒。
從1984年起，CGC公司提出了改進(jìn)的三周測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)（Improved Three-Axis Test Table,簡(jiǎn)稱ITATT）的制造方案，在CGC的設(shè)計(jì)方案中，規(guī)定ITATT是臺(tái)超精密三軸轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)備。能評(píng)定下一代慣導(dǎo)系統(tǒng)和慣性元件，能測(cè)試下一代的天體定位儀表，要求它的三軸綜合指向誤差小于0.1角秒，這些指標(biāo)比當(dāng)時(shí)的慣導(dǎo)測(cè)試儀器幾乎提高了30倍：轉(zhuǎn)速穩(wěn)定度在速率為0.001°/s~200o/s內(nèi)，比當(dāng)時(shí)的水提高了10~20倍，綜合技術(shù)指標(biāo)提高一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。ITATT三軸測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)可用于艦船導(dǎo)航和空間傳感器的測(cè)試，主要指記載光學(xué)附件和天體跟蹤器、定位裝置等的測(cè)試，還可用于戰(zhàn)略系統(tǒng)測(cè)試。在方案中，不僅規(guī)定了這臺(tái)高精度三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的性能指標(biāo)，而且還影響其設(shè)計(jì)與制造的主要方面，如對(duì)機(jī)械的結(jié)構(gòu)、臺(tái)體的材料、軸承型號(hào)、驅(qū)動(dòng)裝置、測(cè)角元件、控制系統(tǒng)、信號(hào)傳輸?shù)冗M(jìn)行廣泛的研究，采用新技術(shù)等。ITATT的許多性能指標(biāo)代表了當(dāng)前慣導(dǎo)測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)的技術(shù)發(fā)展水平。
1989年5月，CGC公司簽訂了高級(jí)三軸測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)、制造及測(cè)試內(nèi)框周的第一階段任務(wù)合同，在過(guò)去的幾年里，公司已經(jīng)學(xué)習(xí)到許多有關(guān)高級(jí)三軸測(cè)試臺(tái)“設(shè)計(jì)中提出的問(wèn)題”，同時(shí)已能鑒別必須提出的若干高新風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。其他轉(zhuǎn)臺(tái)研制和生產(chǎn)比較出名的還有美國(guó)Carco公司和德國(guó)的MBB公司等。
英、法、德等國(guó)也進(jìn)行轉(zhuǎn)臺(tái)的研制工作，但無(wú)論投入的人力和財(cái)力，還是所達(dá)到的水平都不如美國(guó)，俄羅斯的慣性技術(shù)水平也比較高，但由于其保密性強(qiáng)，對(duì)其具體情況不甚了解。
1.2.2 國(guó)內(nèi)對(duì)測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)的研究
我國(guó)一直把這一關(guān)鍵設(shè)備的研制工作放在航天工作的首位。國(guó)內(nèi)自20世紀(jì)60年代中期起開(kāi)始轉(zhuǎn)臺(tái)的研制工作，從已經(jīng)研制成功和正在研制的各型轉(zhuǎn)臺(tái)來(lái)看，我國(guó)的轉(zhuǎn)臺(tái)研制工作盡管起步比較晚但是發(fā)展卻很快，自60年代研制出第一臺(tái)三軸液壓仿真轉(zhuǎn)臺(tái)以來(lái)，轉(zhuǎn)臺(tái)的研制工作處于良好的發(fā)展?fàn)顟B(tài)中，其發(fā)展現(xiàn)狀大致如下:
1966年，707所為高精度單自由液浮積分陀螺儀而考試研制的DT-1型單軸低速伺服轉(zhuǎn)臺(tái)，1974年進(jìn)行全面的精度測(cè)定，1975年該轉(zhuǎn)臺(tái)通過(guò)技術(shù)鑒定。轉(zhuǎn)臺(tái)由機(jī)械臺(tái)體和電子控制箱兩部分組成，測(cè)角系統(tǒng)采用感應(yīng)同步器和旋轉(zhuǎn)變壓器組成，機(jī)械系統(tǒng)采用氣浮軸承，驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用交流力矩電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)組成。
1975年，由303所研制成功的SFT-1.1型伺服轉(zhuǎn)臺(tái)，首次利用光柵作為精密測(cè)角元件?？商峁┤N工作狀態(tài)：伺服狀態(tài)、速率狀態(tài)、位置狀態(tài)。主要是進(jìn)行慣性器件的伺服實(shí)驗(yàn)，可測(cè)定漂移率為0.01°/h的慣性系統(tǒng)和陀螺儀。
1979年，由哈爾濱工業(yè)大學(xué)、441廠和原六機(jī)部6345所共同研制成功，我國(guó)第一臺(tái)雙軸伺服臺(tái)——TPCT-1型雙軸氣浮軸承臺(tái)，又稱為“7191”雙軸空氣軸承轉(zhuǎn)臺(tái)（“7191”雙軸臺(tái)）。
1983年，由航天部一院13所研制的SSFT伺服轉(zhuǎn)臺(tái)是我國(guó)最大的雙軸伺服臺(tái)。它是為測(cè)量漂移率為0.01°/h是雙自由度陀螺、三自由度陀螺和加速度計(jì)等慣性元件及平臺(tái)系統(tǒng)的性能設(shè)計(jì)的。
從20世紀(jì)80年代初開(kāi)始，我國(guó)對(duì)計(jì)算機(jī)控制轉(zhuǎn)臺(tái)和自動(dòng)測(cè)試進(jìn)行一系列的研究，并進(jìn)行了轉(zhuǎn)臺(tái)計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的研制工作。
1985年，由哈工大研制的DPCT單軸計(jì)算機(jī)控制轉(zhuǎn)臺(tái)，是我國(guó)第一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制轉(zhuǎn)臺(tái)。計(jì)算機(jī)參與控制，提高了控制精度，提高了轉(zhuǎn)臺(tái)的靈活度和測(cè)試自動(dòng)水平。此外，計(jì)算機(jī)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行了實(shí)時(shí)處理，提高了測(cè)試效率和精度。這臺(tái)轉(zhuǎn)臺(tái)的測(cè)角精度達(dá)到了1角秒，設(shè)計(jì)指標(biāo)為測(cè)試漂移率為0.001°/h的陀螺。
1987年，哈工大與6354所共同研制成功的CCGT-1型陀螺測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)，是我國(guó)第一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制的雙軸測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)，該轉(zhuǎn)臺(tái)對(duì)我國(guó)研制的漂移率為0.0006°/h的靜電陀螺進(jìn)行了測(cè)試。
1990年，中國(guó)航空精密機(jī)械研究院所研制成功了SGT-1三軸捷聯(lián)慣導(dǎo)測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)。這是我國(guó)第一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制的高精度三軸慣導(dǎo)測(cè)試臺(tái)。該轉(zhuǎn)臺(tái)的主要性能指標(biāo)是：三軸回轉(zhuǎn)精度為±2角秒，相鄰兩軸垂直度為±1角秒，測(cè)角精度為三軸綜合1角秒。SGT-1三軸轉(zhuǎn)臺(tái)為我國(guó)研制捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)提供了迫切需要的高精度慣導(dǎo)測(cè)試設(shè)備。其電控系統(tǒng)采用了與美國(guó)CGC公司研制的MPACS30H相類似的模塊化系統(tǒng)。
1996年，6354所成功研制出測(cè)角系統(tǒng)采用開(kāi)環(huán)鑒幅型高速動(dòng)態(tài)測(cè)角模塊方案、控制系統(tǒng)采用數(shù)字-模擬混合控制模塊方案的三軸模擬轉(zhuǎn)臺(tái)。目前我國(guó)轉(zhuǎn)臺(tái)綜合性能指標(biāo)精度最高的哈爾濱工業(yè)大學(xué)慣導(dǎo)中心研制的三軸測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)，其性能指標(biāo)達(dá)到美國(guó)CGC公司八十年代研制的53系列水平。
通過(guò)對(duì)國(guó)外轉(zhuǎn)臺(tái)研究的了解并與中國(guó)轉(zhuǎn)臺(tái)發(fā)展的對(duì)比，不難看出在轉(zhuǎn)臺(tái)的開(kāi)發(fā)研究領(lǐng)域，中國(guó)和世界先進(jìn)水平還是有很大差距的，像對(duì)于轉(zhuǎn)臺(tái)相關(guān)技術(shù)缺乏深入研究，轉(zhuǎn)臺(tái)可靠性差，沒(méi)有批量生產(chǎn)能力，同時(shí)在一些領(lǐng)域存在空白等，這都需要我們不斷努力，迎頭趕上。
1.3 未來(lái)轉(zhuǎn)臺(tái)發(fā)展趨勢(shì)
不斷應(yīng)用新技術(shù)來(lái)提高轉(zhuǎn)臺(tái)的測(cè)試精度，增強(qiáng)轉(zhuǎn)臺(tái)穩(wěn)定性及環(huán)境適應(yīng)性是轉(zhuǎn)臺(tái)以后發(fā)展主要的方面。其中包括：
1）進(jìn)一步提高技術(shù)指標(biāo)；
2）實(shí)現(xiàn)測(cè)試自動(dòng)化，與計(jì)算機(jī)控制之間的聯(lián)系會(huì)更加緊密；
3）對(duì)測(cè)試的可靠性、穩(wěn)定性有更高要求，要求其越加接近實(shí)際環(huán)境所碰到的問(wèn)題；
4）加強(qiáng)各種環(huán)境下的測(cè)試，控制環(huán)境對(duì)測(cè)試精度的影響，如溫度、濕度、壓力、地基等的影響。
同時(shí)，由于轉(zhuǎn)臺(tái)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛并趨于商品化使得在保證轉(zhuǎn)臺(tái)精度的情況下要不斷考慮成本的下降，則要求應(yīng)用各種新材料和新工藝，這也是轉(zhuǎn)臺(tái)發(fā)展的趨勢(shì)。
1.4 本章小結(jié)
通過(guò)查詢轉(zhuǎn)臺(tái)的相關(guān)技術(shù)資料，對(duì)比國(guó)外與國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)臺(tái)的發(fā)展過(guò)程，讓我對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)的發(fā)展有了進(jìn)一步的了解，轉(zhuǎn)臺(tái)作為半實(shí)物仿真中重要的設(shè)備組成部分，其性能的好壞極大的影響著仿真的準(zhǔn)確性與可靠性，同時(shí)也更加體會(huì)到轉(zhuǎn)臺(tái)未來(lái)的發(fā)展前景，它對(duì)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)、國(guó)防軍事工業(yè)都有著不可缺少的影響。對(duì)于三軸轉(zhuǎn)臺(tái)來(lái)說(shuō)，驅(qū)動(dòng)元件又是其重要組成部分，它保證著轉(zhuǎn)臺(tái)的正常工作和性能要求，本次論文課題就時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)元件性能的測(cè)試，試驗(yàn)其是否滿足轉(zhuǎn)臺(tái)對(duì)性能的要求。
第2章 半實(shí)物仿真
2.1 半實(shí)物仿真系統(tǒng)定義
半實(shí)物仿真，又稱為硬件在回路中的仿真(Hardware in the Loop Simulation)，是指在仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的仿真回路中接入部分實(shí)物的實(shí)時(shí)仿真。實(shí)時(shí)性是進(jìn)行半實(shí)物仿真的必要前提。
半實(shí)物仿真同其它類型的仿真方法相比具有經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)更高真實(shí)度的可能性。從系統(tǒng)的觀點(diǎn)來(lái)看，半實(shí)物仿真允許在系統(tǒng)中接入部分實(shí)物，意味著可以把部分實(shí)物放在系統(tǒng)中進(jìn)行考察，從而使部件能在滿足系統(tǒng)整體性能指標(biāo)的環(huán)境中得到檢驗(yàn)，因此半實(shí)物仿真是提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可靠性和研制質(zhì)量的必要手段。
2.2 半實(shí)物仿真的先進(jìn)性及其特點(diǎn)
半實(shí)物仿真技術(shù)自20世紀(jì)60年代問(wèn)世直到目前美國(guó)研制航天飛機(jī)，始終盛行不衰。美國(guó)大多數(shù)國(guó)防項(xiàng)目承包商都有一個(gè)或多個(gè)半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)室，這些實(shí)驗(yàn)室代表了當(dāng)前世界先進(jìn)水平。其先進(jìn)性體現(xiàn)在：
1) 有高速高精度的仿真機(jī)；
2) 有先進(jìn)完備的環(huán)境模擬設(shè)備。國(guó)內(nèi)半實(shí)物仿真技術(shù)在導(dǎo)彈制導(dǎo)、火箭控制、衛(wèi)星姿態(tài)控制等應(yīng)用研究方面也達(dá)到了較高水平。
半實(shí)物仿真的特點(diǎn)是：
1) 在回路中接入實(shí)物，必須實(shí)時(shí)運(yùn)行，即仿真模型的時(shí)間標(biāo)尺和自然時(shí)間標(biāo)尺相同；
2) 需要解決控制器與仿真計(jì)算機(jī)之間的接口問(wèn)題；
3) 半實(shí)物仿真的實(shí)驗(yàn)結(jié)果比數(shù)學(xué)仿真更接近實(shí)際。
2.3 半實(shí)物仿真的基本組成和原理
半實(shí)物仿真系統(tǒng)屬于實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)。它是一種硬件在環(huán)實(shí)時(shí)技術(shù)，把實(shí)物利用計(jì)算機(jī)接口嵌入到軟件環(huán)境中去，并要求系統(tǒng)的軟件和硬件都要實(shí)時(shí)運(yùn)行，從而模擬整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。而實(shí)時(shí)系統(tǒng)由以下幾部分組成：
1)仿真計(jì)算機(jī)
仿真計(jì)算機(jī)是實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)的核心部分，它運(yùn)行實(shí)體對(duì)象和仿真環(huán)境的數(shù)學(xué)模型和程序。一般來(lái)說(shuō)，采用層次化、模塊化的建模法，將模塊化程序劃分為不同的速率塊，在仿真計(jì)算機(jī)中按速率塊實(shí)時(shí)調(diào)度運(yùn)行。對(duì)于復(fù)雜的大型仿真系統(tǒng)，可用多臺(tái)計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行。
2)物理效應(yīng)設(shè)備
物理效應(yīng)設(shè)備的作用是模擬復(fù)現(xiàn)真實(shí)世界的物理環(huán)境，形成仿真環(huán)境或稱為虛擬環(huán)境。物理效應(yīng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)的技術(shù)途徑多種多樣，方案之一是采用伺服控制回路，通過(guò)伺服控制回路控制形成相應(yīng)的物理量，方案之二是在已儲(chǔ)存好的數(shù)據(jù)庫(kù)中搜索相應(yīng)的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的物理量。
3)接口設(shè)備
仿真計(jì)算機(jī)輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)接口變換后驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的物理效應(yīng)設(shè)備。接口設(shè)備同時(shí)將操作人員或?qū)嵨锵到y(tǒng)的控制輸入信號(hào)饋入仿真計(jì)算機(jī)。
在仿真計(jì)算機(jī)中通過(guò)對(duì)動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)和環(huán)境的數(shù)學(xué)模型解算，獲得系統(tǒng)和環(huán)境的各種參數(shù)。對(duì)半實(shí)物仿真系統(tǒng)，這些參數(shù)通過(guò)物理效應(yīng)設(shè)備生成傳感器所需要的測(cè)量環(huán)境，從而構(gòu)成完整的閉環(huán)仿真系統(tǒng)。物理效應(yīng)設(shè)備是實(shí)現(xiàn)仿真系統(tǒng)所需要的中間環(huán)節(jié)，它的動(dòng)態(tài)特性、靜態(tài)特性和時(shí)間延遲都將對(duì)仿真系統(tǒng)的置信度和精度產(chǎn)生影響，應(yīng)該有嚴(yán)格的相應(yīng)技術(shù)指標(biāo)要求。半實(shí)物仿真系統(tǒng)原理框圖如圖2-1 半實(shí)物仿真系統(tǒng)原理圖所示。
圖2-1 半實(shí)物仿真系統(tǒng)原理框圖
2.4 三軸飛型轉(zhuǎn)臺(tái)與半實(shí)物仿真
三軸飛行仿真轉(zhuǎn)臺(tái)是進(jìn)行飛行器半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)的重要設(shè)備之一，其作用就是在地面上模擬飛行器在空中的動(dòng)態(tài)特性和各種姿態(tài)。而隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)與傳感技術(shù)為主導(dǎo)的信息技術(shù)的發(fā)展，仿真技術(shù)作為高科技、定量化的輔助研究手段，在科研、軍事等領(lǐng)域研究中發(fā)揮著越來(lái)越重要的地位。半實(shí)物仿真作為仿真技術(shù)的重要代表之一，其經(jīng)濟(jì)效益和軍事效益日益凸顯，特別在武器系統(tǒng)研究、軍事裝備訓(xùn)練等重要方面有著舉足輕重的作用。同時(shí)其也廣泛的應(yīng)用于航天、電工、化工、通信，特別是軍事等領(lǐng)域方面的工程設(shè)計(jì)研究，成為現(xiàn)代高技術(shù)的代表之一。
2.5 本章小結(jié)
通過(guò)對(duì)半實(shí)物仿真的不斷了解和學(xué)習(xí)，我明白了半實(shí)物仿真對(duì)當(dāng)今世界各項(xiàng)科研事業(yè)所起到的重要影響，提對(duì)產(chǎn)品的不斷提高和更新有著重要作用，有了它的幫助可以大大減少產(chǎn)品更新時(shí)間，利于占領(lǐng)市場(chǎng)，同時(shí)也可以節(jié)省很大部分研究成本，減少人力、物、力財(cái)力的浪費(fèi)，而三軸轉(zhuǎn)臺(tái)作為半實(shí)物仿真中重要的組成部分，起到了不可替代的作用。
通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)的研究學(xué)習(xí)，我更加深刻的了解到我本次課題的意義，它對(duì)國(guó)防軍事的研發(fā)有著極為重要的作用。
第3章 三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的概述
3.1 三軸轉(zhuǎn)臺(tái)工作原理的概述
三軸轉(zhuǎn)臺(tái)主要是根據(jù)計(jì)算機(jī)的指令，實(shí)時(shí)跟隨指令信號(hào)，控制轉(zhuǎn)臺(tái)的滾動(dòng)、俯仰、航向軸系運(yùn)動(dòng)，模擬姿態(tài)角位移的變化，與仿真計(jì)算機(jī)和射頻系統(tǒng)形成閉合回路。
機(jī)械系統(tǒng)由三個(gè)框架和機(jī)座組成，主要為負(fù)載提供安裝基準(zhǔn)和滾動(dòng)、俯仰、航向三軸系回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。電氣系統(tǒng)主要完成轉(zhuǎn)臺(tái)的起停、轉(zhuǎn)臺(tái)監(jiān)控及遠(yuǎn)程控制等功能，主要由控制臺(tái)、電控柜等組成，工作時(shí)，電氣系統(tǒng)為三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的三個(gè)框架的驅(qū)動(dòng)原件提供動(dòng)力保障，使轉(zhuǎn)臺(tái)能夠驅(qū)動(dòng)負(fù)載做各種運(yùn)動(dòng)，完成所需要的運(yùn)動(dòng)，控制系統(tǒng)根據(jù)仿真機(jī)的控制指令，經(jīng)調(diào)解后，輸出控制信號(hào)給相應(yīng)框架的驅(qū)動(dòng)元。
應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)和計(jì)算機(jī)的實(shí)時(shí)通訊，記錄轉(zhuǎn)臺(tái)三個(gè)框架的角位置數(shù)據(jù)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)的各軸角位置數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，繪制運(yùn)動(dòng)曲線監(jiān)控各軸的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，實(shí)時(shí)進(jìn)行安全性評(píng)估進(jìn)行各軸控制率運(yùn)算，控制轉(zhuǎn)臺(tái)正確運(yùn)動(dòng)。
3.2 仿真轉(zhuǎn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)原件的選擇和標(biāo)準(zhǔn)
飛行仿真轉(zhuǎn)臺(tái)的驅(qū)動(dòng)原件有兩大類：一類是所有框架都是由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，稱為液壓仿真轉(zhuǎn)臺(tái)，如圖3-1液壓驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)所示；另一類是所有框架都是由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，稱作電動(dòng)仿真轉(zhuǎn)臺(tái)，如圖3-2電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)所示。還有的轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)框由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，中、外框由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，稱為復(fù)合驅(qū)動(dòng)式仿真轉(zhuǎn)臺(tái)。本次論文所針對(duì)的三軸轉(zhuǎn)臺(tái)就是復(fù)合驅(qū)動(dòng)式仿真轉(zhuǎn)臺(tái)。
3.2.1 液壓驅(qū)動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：
1）傳動(dòng)裝置重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、慣性小。如相同功率的液壓馬達(dá)的體積為電機(jī)的12%~13%；
2）可在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速，借助閥或變量泵、變量馬達(dá)，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速，調(diào)速范圍可達(dá)1:2000，并可在液壓裝置運(yùn)行的過(guò)程中進(jìn)行。
3）傳遞運(yùn)動(dòng)均勻平穩(wěn)，負(fù)載變化時(shí)速度較平穩(wěn)；
4）液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)——借助于溢流閥等裝置，同時(shí)液壓裝置能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)潤(rùn)滑因此使用壽命長(zhǎng)；
5）由于液壓傳動(dòng)是油管連接，所以借助油管的連接可以方面靈活的布置傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。借助于各種控制閥，能很容易的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的自動(dòng)工作循環(huán)，而且可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。
缺點(diǎn)：液壓系統(tǒng)比較容易暴露，低速性能不佳，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，需要配備油源等。
3.2.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：
1）電動(dòng)機(jī)可實(shí)現(xiàn)連續(xù)回轉(zhuǎn)，而液壓馬達(dá)則不能；
2)液壓馬達(dá)需要油源而電動(dòng)機(jī)則不需要。
缺點(diǎn)：功率轉(zhuǎn)換方式的效率低、體積大、大功率器件價(jià)格高又容易損壞、調(diào)制干擾嚴(yán)重等。
所以這次論文所針對(duì)的三軸轉(zhuǎn)臺(tái)，其外框、中框驅(qū)動(dòng)原件采用了液壓馬達(dá)作為驅(qū)動(dòng)元件，而內(nèi)框驅(qū)動(dòng)原件采用了電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件。
3.3 驅(qū)動(dòng)型式的選擇
驅(qū)型形式可以分為直接驅(qū)動(dòng)和間接驅(qū)動(dòng)。直接驅(qū)動(dòng)是將電動(dòng)機(jī)或液壓馬達(dá)的輸出軸直接和轉(zhuǎn)臺(tái)框架軸固連，其優(yōu)點(diǎn)是有利于提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和精度，主要缺點(diǎn)是其低速性能主要取決于驅(qū)動(dòng)原件本身的低速性能。間接驅(qū)動(dòng)是將電動(dòng)機(jī)或液壓馬達(dá)的輸出軸經(jīng)過(guò)齒輪減速之后在于框架固連，其優(yōu)點(diǎn)是;1)可以提高系統(tǒng)的超低速性能；2)可以利用小的力矩電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)大的負(fù)載力矩。但其缺點(diǎn)是由于齒輪嚙合間隙以及齒面磨損后的精度的喪失等問(wèn)題影響系統(tǒng)的精度與穩(wěn)定性，所以當(dāng)前國(guó)內(nèi)外大多數(shù)采用的都是直接驅(qū)動(dòng)型式。
電機(jī)驅(qū)動(dòng)常見(jiàn)的電動(dòng)機(jī)是力矩電動(dòng)機(jī)和直流伺服電動(dòng)機(jī)。力矩電動(dòng)機(jī)允許轉(zhuǎn)速低，可直接與框架連接形成直接驅(qū)動(dòng)。但當(dāng)驅(qū)動(dòng)力矩增大時(shí)，其允許的最高轉(zhuǎn)速也降低，所以當(dāng)框架最大轉(zhuǎn)速較高時(shí)不宜選用力矩電動(dòng)機(jī)，而采用直流伺服電動(dòng)機(jī)經(jīng)齒輪驅(qū)動(dòng)的方案。但直流伺服電動(dòng)機(jī)的軸向尺寸較大，不宜用于轉(zhuǎn)臺(tái)的內(nèi)框、中框軸的驅(qū)動(dòng)。
近年來(lái)，已經(jīng)研究出一種直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)，它具有力矩電動(dòng)機(jī)的調(diào)速也行而且調(diào)速范圍也很大，可用于直接驅(qū)動(dòng)，是一種很有發(fā)展前途和研發(fā)前景的驅(qū)動(dòng)元件，對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)的研發(fā)設(shè)計(jì)也必將產(chǎn)生根本的影響。
圖3-1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)AC3337
圖3-2 液壓驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)HD7736
3.4 本章小結(jié)
通過(guò)對(duì)三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的不斷深入學(xué)習(xí)，讓我對(duì)三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的工作原理有了大體的了解，對(duì)比液壓馬達(dá)和電動(dòng)機(jī)最為驅(qū)動(dòng)元件的各項(xiàng)優(yōu)缺點(diǎn)，我也深刻的理解了本次課題中所涉及的轉(zhuǎn)臺(tái)對(duì)驅(qū)動(dòng)元件的考量，每種驅(qū)動(dòng)元件都有著自己不同的優(yōu)點(diǎn)和不足，所以我們要結(jié)合自身的性能要求，來(lái)綜合考量，只有滿足性能要求的驅(qū)動(dòng)原件才能使轉(zhuǎn)臺(tái)在各種環(huán)境下都能正常工作，而在轉(zhuǎn)臺(tái)運(yùn)作過(guò)程中，對(duì)各項(xiàng)參數(shù)都有著很精確的要求，這就要求我們要仔仔細(xì)細(xì)地考慮各部分工作配合情況，只有最適合的配合才能達(dá)到完美的工作狀況，所以轉(zhuǎn)臺(tái)的各部分的選擇都很重要，不能有半點(diǎn)馬虎大意。
第4章 驅(qū)動(dòng)元件試驗(yàn)場(chǎng)地
4.1 實(shí)驗(yàn)室地基
驅(qū)動(dòng)元件試驗(yàn)要在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，而基座的固定要使用到現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室地基的T型槽，經(jīng)過(guò)和老師們的商量分析，決定使用實(shí)驗(yàn)室中一塊長(zhǎng)方形的地基來(lái)完成驅(qū)動(dòng)元件的試驗(yàn)，該地基如圖4-1 長(zhǎng)型地基所示。
圖4-1 長(zhǎng)型地
4.2 儲(chǔ)能器
儲(chǔ)能器的作用是：1）短期內(nèi)大量供油；2）系統(tǒng)保壓；3）應(yīng)急能源；4）緩和沖擊壓力；5）吸收脈動(dòng)壓力。在外框馬達(dá)和中框馬達(dá)試驗(yàn)時(shí)需要油源來(lái)提供壓力油，由于本次試驗(yàn)所需壓力油流量較大，而實(shí)驗(yàn)室并沒(méi)有滿足要求的儲(chǔ)能器，所以需要將現(xiàn)有的兩個(gè)儲(chǔ)能器連接到一起，來(lái)保證試驗(yàn)時(shí)所需要的足夠壓力及流量。如圖4-2 儲(chǔ)能器所示。
圖4-2 儲(chǔ)能器
4.3 實(shí)驗(yàn)室整體建模
在本次驅(qū)動(dòng)元件試驗(yàn)中，試驗(yàn)場(chǎng)地為實(shí)驗(yàn)室A區(qū)，所以在做試驗(yàn)之前需要對(duì)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有狀況有所了解，則需對(duì)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行建模，了解各個(gè)關(guān)鍵部分尺寸大小和所在位置關(guān)系，以來(lái)劃分試驗(yàn)時(shí)各個(gè)不同的工作區(qū)域，并進(jìn)行必要的清場(chǎng)處理，而且實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境狀況還關(guān)系到后面對(duì)試驗(yàn)時(shí)管路的設(shè)計(jì)及布線的要求都有著重要的影響。如圖4-3 實(shí)驗(yàn)室整體模型。
圖4-3 實(shí)驗(yàn)室整體模型
4.4 本章小結(jié)
在本次試驗(yàn)的最開(kāi)始階段，首先是對(duì)試驗(yàn)的具體進(jìn)程有了一定的了解，明白了本次試驗(yàn)要完成所需要的各種各樣的條件，第一方面就是試驗(yàn)場(chǎng)地的要求，像是試驗(yàn)時(shí)馬達(dá)基座的連接擺放問(wèn)題，試驗(yàn)時(shí)外框馬達(dá)、中框馬達(dá)所需要的油源流量及壓力要求，而本次試驗(yàn)是在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的，就需要對(duì)實(shí)驗(yàn)室有總體的了解，包括其中現(xiàn)有各物件的形狀尺寸、所占相對(duì)位置關(guān)系等，要保證試驗(yàn)時(shí)實(shí)驗(yàn)室中現(xiàn)有物件不與本次試驗(yàn)發(fā)生干涉，不然為保證試驗(yàn)的順利進(jìn)行就需要進(jìn)行清場(chǎng)處理。在這次對(duì)實(shí)驗(yàn)室建模過(guò)程中，我不僅對(duì)Inventor的使用有了更深層的了解，也進(jìn)一步訓(xùn)練了我的實(shí)際動(dòng)手能力，實(shí)驗(yàn)室中各物件尺寸、相對(duì)位置關(guān)系都需要我動(dòng)手去測(cè)量，特別是對(duì)T型槽的建模過(guò)程中，因?yàn)槲乙谄渖厦姘惭b基座，所以就對(duì)T型槽的各種尺寸有著很嚴(yán)格的要求，通過(guò)這次的學(xué)習(xí)，我深深的明白了理論設(shè)計(jì)要想獲得成功一定不能離開(kāi)實(shí)際的考量。
第5章 外框馬達(dá)單通道實(shí)驗(yàn)方案
三軸飛行轉(zhuǎn)臺(tái)由外框、中框和內(nèi)框組成，其中外框的驅(qū)動(dòng)原件選擇的是液壓馬達(dá)，為保證三軸飛型轉(zhuǎn)臺(tái)的各項(xiàng)要求，現(xiàn)需對(duì)馬達(dá)進(jìn)行測(cè)試。
5.1 試驗(yàn)環(huán)境
1)外框軸系質(zhì)量2374kg；
2)外框軸系轉(zhuǎn)動(dòng)慣量981kgm2；
3)偏載質(zhì)量545kg，偏載質(zhì)心距三軸交點(diǎn)距離570mm。
5.2 馬達(dá)受力計(jì)算
單個(gè)馬達(dá)承重1187kg、負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量490.5kgm2、偏載質(zhì)量272.5kg、偏載質(zhì)心距離三軸交點(diǎn)距離570mm。
壓軸力
F=PS=8450000×0.265×(0.625+0.345)/2=1086666N （5-1）；
壓軸力彎矩（兩軸承跨距678mm）
T1=0.678/2×F=368379N （5-2）；
負(fù)載重力彎矩（軸端距前端軸承313mm）
T2=0.313×1187×9.8=3641N （5-3）；
偏載力彎矩
偏載力
F2=m×a=272.5×8000/57.3×0.57=21685.6N （5-4）；
偏載力矩
T2=F×l=6787.6Nm （5-5）；
5.3 負(fù)載盤設(shè)計(jì)
5.3.1 設(shè)計(jì)條件
負(fù)載盤設(shè)計(jì)考慮通用性和擴(kuò)展性。設(shè)計(jì)的負(fù)載盤除了滿足本次軸頸280mm負(fù)載模擬外還要滿足軸頸300mm時(shí)的要求。
1)45鋼抗拉強(qiáng)度按600MPa設(shè)計(jì)。
按軸頸300mm脹套外徑375mm，傳遞力矩100000Nm計(jì)算套筒厚度＞30mm,這里取套筒外徑為455mm；
2)負(fù)載盤滿足轉(zhuǎn)動(dòng)慣量490.5 kgm2；
3)負(fù)載盤質(zhì)量1187kg±10%；
4)偏載質(zhì)心距離三軸交點(diǎn)距離570mm附近；
5)一面加入部分加強(qiáng)筋提高負(fù)載盤剛度（考慮實(shí)現(xiàn)難度，本條去掉）。
5.3.2 偏載件
1)質(zhì)量157.6×2kg；
2)中心外側(cè)偏移三軸交點(diǎn)590mm，內(nèi)側(cè)偏移三軸交點(diǎn)651mm；
3)對(duì)軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量127.60kgm2
則偏載件的設(shè)計(jì)如圖5-1 偏載件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所示。
圖5-1 偏載件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
5.3.3 負(fù)載盤
采用輪轂與盤片連接形式，質(zhì)量759.48kg，對(duì)軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量260.53kgm2，尺寸：盤面外徑1700mm、厚40mm，如圖5-2 外框負(fù)載盤所示。
圖5-2 外框負(fù)載盤
環(huán)形負(fù)載質(zhì)量159.52kg，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量102.37kgm2；
尺寸：內(nèi)徑1498mm、外徑1700mm、厚40mm，如圖5-3 外框負(fù)載盤配重所示。
圖5-3 外框負(fù)載盤配重
5.3.4 負(fù)載總成
負(fù)載盤、環(huán)形負(fù)載、輪轂、偏載件通過(guò)螺釘固定在一起，如圖5-4 外框負(fù)載盤總成所示。
圖5-4 外框負(fù)載盤總成
5.4 底座
采用在兩個(gè)現(xiàn)有基座改造后上加一安裝板連接方式來(lái)實(shí)現(xiàn)外框驅(qū)動(dòng)試驗(yàn)。安裝板如圖5-5 外框馬達(dá)試驗(yàn)安裝板結(jié)構(gòu)圖所示，座在兩個(gè)改造后的小基座上。兩個(gè)小基座固定在實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有地基上，改造后的兩個(gè)基座如圖5-6 改造后兩個(gè)基座所示，需要加工4×Φ25的固定孔，并在底座側(cè)面銑長(zhǎng)580mm寬100mm深3mm的兩個(gè)長(zhǎng)條固定彎板面，并在其上鉆4×M20的螺紋孔，用來(lái)固定彎板，固定彎板如圖5-7 外框馬達(dá)單通道試驗(yàn)固定彎板結(jié)構(gòu)圖所示。
圖5-5 外框馬達(dá)試驗(yàn)安裝板結(jié)構(gòu)圖
圖5-6 改造后兩個(gè)基座
圖5-7 外框馬達(dá)單通道試驗(yàn)固定彎板結(jié)構(gòu)圖
5.5 外框驅(qū)動(dòng)元件試驗(yàn)結(jié)構(gòu)
試驗(yàn)是通過(guò)把外框馬達(dá)固定在安裝板上，而安裝板固定在兩個(gè)底座上，底座是通過(guò)T型塊、地角螺柱、墊鐵、壓板來(lái)實(shí)現(xiàn)固定的。馬達(dá)軸與外框負(fù)載盤之間通過(guò)脹套連接并固定，且外框馬達(dá)試驗(yàn)需要油源，則需要結(jié)合實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有管路設(shè)計(jì)管路的走向及管道的固定，如圖5-8 外框馬達(dá)單通道試驗(yàn)安裝結(jié)構(gòu)圖所示。
圖5-8 外框馬達(dá)單通道試驗(yàn)安裝結(jié)構(gòu)圖
5.6 本章小結(jié)
通過(guò)具體的計(jì)算給出了外框負(fù)載的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，剛開(kāi)始設(shè)計(jì)的外框負(fù)載是通過(guò)焊接，來(lái)使各零件組合到一起的，但后來(lái)在跟老師的商討后，覺(jué)得還是通過(guò)螺釘來(lái)連接固定，其負(fù)載件要滿足質(zhì)量、質(zhì)心、轉(zhuǎn)性慣量的要求，特別是偏載件的要求，而在考慮實(shí)驗(yàn)時(shí)外框馬達(dá)的固定時(shí)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有基座的情況進(jìn)行的選擇，實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有基座有長(zhǎng)條型和兩個(gè)方型的基座，長(zhǎng)條型基座因與馬達(dá)上閥塊發(fā)生干涉而不用，兩個(gè)方型基座也得經(jīng)過(guò)改造，特別是上面有一些以前留下的鉆孔，需要考慮避開(kāi)，防止發(fā)生干涉現(xiàn)象，影響固定效果，負(fù)載與外框馬達(dá)軸用脹套來(lái)連接固定。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)室T型槽情況，設(shè)計(jì)用T型塊、遞交螺柱、墊鐵壓板來(lái)把基座固定在實(shí)驗(yàn)室地面上，根據(jù)現(xiàn)有T型塊情況選擇地腳螺柱為M22，實(shí)驗(yàn)時(shí)外框馬達(dá)需要油源來(lái)提供壓力油，根據(jù)閥塊上壓力油口和回油口等綜合考慮。決定使用最外側(cè)兩個(gè)口，而中間兩個(gè)口需要設(shè)計(jì)擋板堵死，這樣就能比較方便的接管，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有軟管情況，設(shè)計(jì)油路需要硬管和軟管配合使用，且硬管需要用管夾來(lái)固定。
第6章 中框馬達(dá)與內(nèi)框電機(jī)試驗(yàn)
6.1 中框馬達(dá)試驗(yàn)
6.1.1 試驗(yàn)環(huán)境
1.）中框軸系質(zhì)量545kg，每個(gè)馬達(dá)272.5kg；
2.）外框軸系轉(zhuǎn)動(dòng)慣量260kgm2，每個(gè)馬達(dá)130 kgm2；
3.）偏載質(zhì)心距三軸交點(diǎn)距離570mm。
6.1.2 模擬負(fù)載
質(zhì)量：285.824kg；
質(zhì)心距轉(zhuǎn)軸距離：570.283mm；
繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
J=37.246+285.824×0.570282=130.20 kgm2。 （6-1）；
為測(cè)量馬達(dá)各個(gè)性能指標(biāo)，對(duì)中框負(fù)載件設(shè)計(jì)如圖6-1 中框負(fù)載見(jiàn)所示。
圖6-1 中框馬達(dá)單通道負(fù)載結(jié)構(gòu)圖
6.1.3 底座
使用現(xiàn)有的底座，但須經(jīng)過(guò)改造（需在底座上加工4×M16螺紋孔），并在底座上加一改造后的彎板，為配合彎板后加工孔的位置需要在基座上再加工出四個(gè)螺紋孔，如圖5-6 改造后的兩基座所示。
6.1.4 安裝彎板
使用原有彎板改造，并進(jìn)行改造（底板加工四個(gè)沉頭孔）并加工原有馬達(dá)安裝孔，如圖6-2 中框馬達(dá)單通道試驗(yàn)彎板結(jié)構(gòu)圖所示。
圖6-2 中框馬達(dá)單通道試驗(yàn)彎板結(jié)構(gòu)圖
6.2 內(nèi)框電機(jī)試驗(yàn)
6.2.1 模擬負(fù)載
三種模擬負(fù)載分別為：
a) 70kg，1.4 kgm2；
b) 50kg，1.0 kgm2；
c) 25kg，0.5 kgm2。
6.2.2 電機(jī)的安裝及固定
內(nèi)框電機(jī)安裝在改造后的底座圓形孔中，通過(guò)16×M12內(nèi)六角螺釘固定，并進(jìn)行立式和臥式兩種方式的測(cè)試，在立式試驗(yàn)時(shí)需要設(shè)計(jì)限位支架如圖6-3 內(nèi)框定塊限位支架所示，底座通過(guò)T型塊、地角螺柱、墊鐵、壓板固定在實(shí)驗(yàn)室基座上。
圖6-3 內(nèi)框定塊限位支架
6.3 中框馬達(dá)和內(nèi)框電機(jī)試驗(yàn)
在做三軸飛行轉(zhuǎn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)元件試驗(yàn)時(shí)，中框馬達(dá)試驗(yàn)是通過(guò)把中框馬達(dá)安裝在改造后的彎板馬達(dá)安裝孔內(nèi)，并用12×M16內(nèi)六角螺釘進(jìn)行固定，把彎板固定在改造后的底座上，中框負(fù)載件與中框馬達(dá)軸通過(guò)脹套連接固定，底座通過(guò)T型塊、地角螺柱、墊鐵、壓板固定在實(shí)驗(yàn)室基座上，所需壓力油管和回油管通過(guò)管夾固定在基座上。內(nèi)框電機(jī)實(shí)驗(yàn)需要做立式與臥式兩種情況，電機(jī)安裝在基座孔中，基座經(jīng)過(guò)改造滿足電機(jī)安裝要求，基座通過(guò)T型塊、地腳螺柱、墊鐵、壓板固定在實(shí)驗(yàn)室地面上，而且內(nèi)框電機(jī)在立式實(shí)驗(yàn)時(shí)需要進(jìn)行定塊的撞擊試驗(yàn)，所以需要設(shè)計(jì)定塊限位支架來(lái)吧定塊支起來(lái)，支架應(yīng)該滿足剛度等要求并不能與電機(jī)發(fā)生干涉現(xiàn)象。
并且中框馬達(dá)試驗(yàn)與內(nèi)框電機(jī)試驗(yàn)除了單個(gè)要測(cè)試性能外，還需要測(cè)試中框馬達(dá)和內(nèi)框電機(jī)協(xié)同配合能力，所以就需要在擺放中框馬達(dá)、內(nèi)框電機(jī)時(shí)負(fù)載件運(yùn)動(dòng)不能發(fā)生干涉現(xiàn)象。如圖6-4 中框馬達(dá)和內(nèi)框電機(jī)試驗(yàn)結(jié)構(gòu)圖所示。
圖6-4 中框馬達(dá)和內(nèi)框電機(jī)試驗(yàn)結(jié)構(gòu)圖
6.4本章小結(jié)
在設(shè)計(jì)中框馬達(dá)單通道實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，考慮實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有情況，借助基座、彎板的改造來(lái)實(shí)現(xiàn)中框馬達(dá)的固定，彎板的改造只需要在原有馬達(dá)安裝孔的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)孔，已達(dá)到馬達(dá)的安裝要求，并在基座現(xiàn)有孔的基礎(chǔ)上加工四個(gè)螺紋孔來(lái)固定彎板，而基座和實(shí)驗(yàn)室地面的固定也是通過(guò)T型塊、地腳螺柱、墊鐵、壓板來(lái)實(shí)現(xiàn)基座的固定，中框負(fù)載件是一個(gè)整體的件經(jīng)過(guò)加工來(lái)實(shí)現(xiàn)工作要求的，其與馬達(dá)軸間是通過(guò)脹套來(lái)實(shí)現(xiàn)連接固定的。同時(shí)中框馬達(dá)實(shí)驗(yàn)也需要油源的供油，硬管連接油口并通過(guò)管夾固定在基座上，然后通過(guò)軟管與分油塊連接在一起。
結(jié) 論
在本次試驗(yàn)中我所負(fù)責(zé)的主要工作有對(duì)試驗(yàn)場(chǎng)地的整體建模，包括試驗(yàn)場(chǎng)地中的現(xiàn)有各物件的形狀尺寸、相對(duì)位置關(guān)系等，并設(shè)計(jì)外框馬達(dá)試驗(yàn)結(jié)構(gòu)，包括兩個(gè)基座的改造、臺(tái)架鋼板、負(fù)載件和試驗(yàn)所需的各種附件，設(shè)計(jì)試驗(yàn)時(shí)馬達(dá)與油源間管路的連接與固定。設(shè)計(jì)中框馬達(dá)試驗(yàn)結(jié)構(gòu)，包括基座、彎板的改造、負(fù)載件的設(shè)計(jì)、馬達(dá)與油源間管路的連接形式等。內(nèi)框電機(jī)試驗(yàn)時(shí)，基座的改造及做定塊撞擊試驗(yàn)時(shí)限位支架的設(shè)計(jì)。
我所做的工作是保證本次驅(qū)動(dòng)元件試驗(yàn)?zāi)茼樌M(jìn)行下去的保證，是試驗(yàn)的基本組成部分。在試驗(yàn)場(chǎng)地做試驗(yàn)時(shí)，需要保證試驗(yàn)時(shí)不與場(chǎng)地內(nèi)其他物件發(fā)生干涉現(xiàn)象，馬達(dá)試驗(yàn)需要提供油源，而馬達(dá)與油源間需要通過(guò)管路來(lái)連接，管路不能發(fā)生震動(dòng)，就需要進(jìn)行必要的固定，這都是本次試驗(yàn)所要考慮的。
在這次試驗(yàn)中，存在著一些不足之處，像對(duì)基座沒(méi)有完全按照實(shí)際物件來(lái)建模，就造成后期改造過(guò)程中出現(xiàn)偏差，有些設(shè)計(jì)脫離了實(shí)際，只能滿足理論要求而沒(méi)有考慮實(shí)際加工難度，就造成了一些設(shè)計(jì)產(chǎn)品并沒(méi)有滿足本次試驗(yàn)要求。
致 謝
在本論文即將完成之時(shí)，謹(jǐn)向所有給予我關(guān)心、幫助和支持的老師、同學(xué)們致以我最真摯的謝意，感謝你們?cè)谶@段時(shí)間對(duì)我的關(guān)心和照顧，讓我受益匪淺。
首先，感謝我的導(dǎo)師董彥良老師，他對(duì)工作的嚴(yán)謹(jǐn)要求、廣博的專業(yè)識(shí)和工作作風(fēng)是我學(xué)習(xí)的榜樣。無(wú)論在畢業(yè)設(shè)計(jì)還是生活中遇到什么樣的問(wèn)題他都會(huì)耐心地給我講解和指導(dǎo)，讓我對(duì)自己的專業(yè)知識(shí)有了一次總體的了解和學(xué)習(xí)，所以，在這里我向董彥良老師致以我最真摯的謝意。
另外，吳盛林教授在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，給予了精心的指導(dǎo)，吳盛林老師對(duì)我的每次指導(dǎo)都是隨我不斷的的鞭策和前進(jìn)的動(dòng)力，每次遇到問(wèn)題我都會(huì)首先找到吳老師，而每次老師都會(huì)對(duì)我耐心的指導(dǎo)讓我學(xué)習(xí)到了很多知識(shí)。
再次，感謝張彪老師的精心教悔，設(shè)計(jì)上的熱心指導(dǎo)，一絲不茍的作風(fēng)加深了我對(duì)本次課題研究的深入理解。
還有，感謝李晨光老師在設(shè)計(jì)過(guò)程中的耐心指導(dǎo)和幫助，使我明白了對(duì)待科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹匾裕€有對(duì)于專業(yè)知識(shí)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)化的重要性，而且也讓我第一次從生產(chǎn)的角度進(jìn)行研究及考慮問(wèn)題。
此外感謝所有老師在這段期間給予我的無(wú)私幫助，學(xué)生在這里向各位老師表以最高的敬意和由衷的感謝。
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16 李尚義，三軸飛型轉(zhuǎn)臺(tái)總體設(shè)計(jì)與關(guān)鍵技術(shù)研究.1995（02）；
17 劉金香，CGC伺服設(shè)計(jì)的一些考慮.美國(guó)慣性測(cè)試設(shè)備測(cè)試技術(shù)的現(xiàn)狀趨勢(shì) 1987；
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附錄1
轉(zhuǎn)臺(tái)廣泛應(yīng)用十航空、航天、兵器、航海等領(lǐng)域，有各種不同的類型和用途。本文所研究的二軸轉(zhuǎn)臺(tái)與可見(jiàn)光目標(biāo)模擬器一起構(gòu)成可見(jiàn)光目標(biāo)模擬檢測(cè)系統(tǒng)，用以完成導(dǎo)引頭裝前測(cè)試?？梢?jiàn)光目標(biāo)模擬器模擬產(chǎn)生電視導(dǎo)引頭在測(cè)試和試驗(yàn)過(guò)程中所需的各種目標(biāo)，由二軸轉(zhuǎn)臺(tái)帶動(dòng)目標(biāo)模擬器形成滿足導(dǎo)引頭要求的圖像視場(chǎng)及目標(biāo)運(yùn)動(dòng)特性，作為導(dǎo)引頭測(cè)試的模擬目標(biāo)?？梢?jiàn)，二軸轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)劣對(duì)能否成功地完成導(dǎo)引頭的性能測(cè)試和檢驗(yàn)有重要的影響。
1.1 轉(zhuǎn)臺(tái)控制算法概述
本文所研究的二軸轉(zhuǎn)臺(tái)，包括方位軸和俯仰軸，每一軸的控制通常采用雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，即由內(nèi)到外依次是速度環(huán)和位置環(huán)。速度環(huán)的作用是提高系統(tǒng)的剛度來(lái)抑制系統(tǒng)的非線性及外部擾動(dòng)，控制系統(tǒng)的精度由位置環(huán)來(lái)保證。從控制律的類型來(lái)看，速度環(huán)通常采用pi控制，采用模擬方式實(shí)現(xiàn)。種類繁多的控制算法多數(shù)在位置環(huán)實(shí)現(xiàn)。其是轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)的核心，是影響轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素。
從模擬控制系統(tǒng)開(kāi)始，到數(shù)?；旌峡刂葡到y(tǒng)及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的長(zhǎng)期發(fā)展過(guò)程中，形成了許多行之有效的控制方法。從它們的發(fā)展過(guò)程和應(yīng)用特點(diǎn)出發(fā)，大體可分為二類:傳統(tǒng)控制策略，現(xiàn)代控制策略和智能控制策略人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是人工智能的一個(gè)主要分支。它是一些科學(xué)家從模仿人腦神經(jīng)細(xì)胞的組成、結(jié)構(gòu)及工作機(jī)理出發(fā)，提出的一套思想方法。其目的在于研究一種新的理論，實(shí)現(xiàn)一種新的系統(tǒng)使之能夠完成人腦的功能[[12,13]。盡管在理論和應(yīng)用方面還存在很多不足之處，但它的出現(xiàn)卻給遇到挑戰(zhàn)的自動(dòng)控制帶來(lái)了新的生機(jī)和曙光。
1.2 模糊控制的發(fā)展
從1965年美國(guó)著名控制論學(xué)者L. A. Zadeh發(fā)表開(kāi)創(chuàng)性論文，首次提出一種完全不同十傳統(tǒng)數(shù)學(xué)與控制理論的模糊集合理論以來(lái)，模糊集和模糊邏輯理論迅速發(fā)展，形成了一門完善的數(shù)學(xué)理論。1974年E. H. Mamdani首次將模糊控制理論應(yīng)用十蒸氣機(jī)及鍋爐的控制，取得了優(yōu)十常規(guī)調(diào)節(jié)器的控制品質(zhì)，從此，模糊控制誕生了。模糊控制理論和技術(shù)變成智能控制領(lǐng)域最活躍的學(xué)科之一，受到廣泛地重視和發(fā)展，并取得了有目共睹的成就。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，控制對(duì)象的非線性和不確定性增強(qiáng)，使得現(xiàn)代控制的數(shù)學(xué)建模困難，控制效果不佳，甚至無(wú)能為力，使傳統(tǒng)的控制理論面臨嚴(yán)峻的考驗(yàn)，模糊控制理論的崛起為這些問(wèn)題的解決開(kāi)辟了新的途徑，尤其在現(xiàn)代伺服系統(tǒng)中。在現(xiàn)代伺服系統(tǒng)中，被控對(duì)象通常具有非線性、時(shí)變以及種類繁多的干擾，使得常規(guī)控制方法無(wú)法獲得滿意的控制效果。模糊控制是傳統(tǒng)控制發(fā)展的高級(jí)階段，模糊控制具有不依賴十系統(tǒng)模型、學(xué)習(xí)過(guò)程短、良好的實(shí)時(shí)性，并具有自適應(yīng)能力和自學(xué)習(xí)強(qiáng)的特點(diǎn)。從學(xué)術(shù)角度來(lái)看，采用模糊控制方法實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服系統(tǒng)的精確控制，具有一定的學(xué)術(shù)價(jià)值;從工程角度來(lái)看，將模糊控制方法應(yīng)用到伺服系統(tǒng)中，為伺服系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)提供了一種新的思路和方法，為研制高性能的、多功能的伺服系統(tǒng)開(kāi)辟了一條道路，預(yù)示著模糊算法在伺服系統(tǒng)中必定有著廣闊的應(yīng)用前景。
轉(zhuǎn)臺(tái)是一個(gè)復(fù)雜的機(jī)電系統(tǒng)，本身存在著許多不利十控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的因素，并不是通過(guò)簡(jiǎn)單的線性模型就可以完整、準(zhǔn)確的描述。作為轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)的設(shè)訓(xùn)一者，一方面要對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)中的種種不利影響有著清醒的認(rèn)識(shí)，在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中盡量削弱其對(duì)控制器的影響;另一方面要考慮研究和采用更為先進(jìn)的控制方案。在這種情況下，模糊控制理論在轉(zhuǎn)臺(tái)上的應(yīng)用進(jìn)行研究和實(shí)驗(yàn)就有其實(shí)際的工程意義和切實(shí)的理論背景。
1.3 驅(qū)動(dòng)元件的確定
目前，轉(zhuǎn)臺(tái)的驅(qū)動(dòng)方式基本上都采用直接驅(qū)動(dòng)方式，驅(qū)動(dòng)組件主要由兩大類:即電動(dòng)機(jī)或液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。轉(zhuǎn)臺(tái)則可以根據(jù)其所采用的驅(qū)動(dòng)組件分為二類:一類是所有框架均由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，稱為電動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái);另一類是所有框架均由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，稱為液壓轉(zhuǎn)臺(tái);還有一類是各框架分別采用不同的驅(qū)動(dòng)組件，例如，內(nèi)框架由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，中、外框架利用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，稱為復(fù)合驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)。
由于液壓馬達(dá)存在驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)角范圍小，配套設(shè)備復(fù)雜，維護(hù)困難，危險(xiǎn)性大等缺點(diǎn)，因此，在指標(biāo)允許的情況下轉(zhuǎn)臺(tái)大多采用電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。與液壓馬達(dá)相比，電動(dòng)機(jī)具有可連續(xù)回轉(zhuǎn)、安裝方便、使用及維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)。針對(duì)現(xiàn)有的直流力矩電機(jī)存在的最高轉(zhuǎn)速小、力矩波動(dòng)大、電刷引起的火花干擾、摩擦力矩及電刷維護(hù)等諸多問(wèn)題，交流永磁同步電機(jī)逐漸被使用到轉(zhuǎn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)中。
電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)是轉(zhuǎn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)組件的發(fā)展趨勢(shì)。為了滿足整個(gè)伺服系統(tǒng)工作性能指標(biāo)的要求，必須對(duì)系統(tǒng)的相關(guān)部件進(jìn)行精心的選擇，使由它們所組成的整個(gè)系統(tǒng)能夠合理地運(yùn)行。系統(tǒng)中比較重要的部件包括有伺服電機(jī)，減速器和位置檢測(cè)組件，下面具體對(duì)相應(yīng)的部件進(jìn)行選擇。
1.4 電機(jī)的選擇
轉(zhuǎn)臺(tái)執(zhí)行電機(jī)的選擇除要滿足功率要求外，還要考慮以下要求:
(1)靈活方便的位置控制，定位準(zhǔn)確精度高;
(2)可靠性好;
(3)方便計(jì)算機(jī)控制;
(4)響應(yīng)快，換向性能好;
(5)能長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作不需要維護(hù)。
常用的伺服電機(jī)有二類:直流伺服電機(jī)，交流伺服電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)。
1.5 轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)為包括速度環(huán)和位置環(huán)的雙環(huán)控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，雙環(huán)控制系統(tǒng)的一般原則:首先，在對(duì)系統(tǒng)性能指標(biāo)進(jìn)行分析時(shí)，根據(jù)系統(tǒng)的性能指標(biāo)和外環(huán)對(duì)內(nèi)環(huán)的設(shè)計(jì)要求，從外環(huán)到內(nèi)環(huán)逐步確定各環(huán)的性能指標(biāo)要求;然后，在進(jìn)行系統(tǒng)各環(huán)控制器設(shè)計(jì)時(shí)，從內(nèi)環(huán)開(kāi)始，根據(jù)系統(tǒng)對(duì)每一環(huán)的性能要求和環(huán)路固有特性，設(shè)計(jì)各個(gè)環(huán)路的控制器。設(shè)計(jì)過(guò)程為，從內(nèi)環(huán)開(kāi)始，一環(huán)一環(huán)地逐步向外擴(kuò)展，在對(duì)任一環(huán)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，其內(nèi)環(huán)可以適當(dāng)簡(jiǎn)化為較為簡(jiǎn)單的形式。在這里，首先設(shè)計(jì)速度環(huán)，然后設(shè)計(jì)位置環(huán)，在設(shè)計(jì)位置環(huán)時(shí)，為了簡(jiǎn)化位置環(huán)的設(shè)計(jì)，將速度環(huán)閉環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化為慣性環(huán)節(jié);最后根據(jù)位置反饋設(shè)計(jì)結(jié)果設(shè)計(jì)位置環(huán)控制器。根據(jù)系統(tǒng)帶寬要求，俯仰軸控制系統(tǒng)位置環(huán)帶寬要求為不大。根據(jù)系統(tǒng)數(shù)字仿真研究的結(jié)果和以往工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，在臺(tái)體諧振頻率足夠高、電機(jī)驅(qū)動(dòng)能力充分的情況下，位置加控制裝置校正后的系統(tǒng)的跟蹤帶寬與無(wú)控制器校正時(shí)的系統(tǒng)的帶寬的一半相當(dāng)，也就是說(shuō)，若無(wú)控制器的位置系統(tǒng)的頻帶寬度，那么加入控制器后，系統(tǒng)的跟蹤帶寬可以達(dá)到。按照上述進(jìn)行考慮，將俯仰軸位置環(huán)的最大帶寬設(shè)計(jì)大約為63rad/s(6.28 rad/s )。一般情況下閉環(huán)系統(tǒng)帶寬約為系統(tǒng)開(kāi)環(huán)截止頻率的1.5倍，由此可選擇位置環(huán)開(kāi)環(huán)截止頻率最大為42rad/s。為減少速度回路對(duì)位置回路的影響，將速度環(huán)的開(kāi)環(huán)截止頻率確定為位置環(huán)反饋系統(tǒng)開(kāi)環(huán)截止頻率的3倍，因此選擇速度環(huán)開(kāi)環(huán)截止頻率最大為126rad/s。
1.6 Pm控制
經(jīng)典Pm控制