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1、二维加速度转台控制系统设计摘 要转台在航天航空领域中多用于对地面半实物进行实时仿真和测试，是一种很关键的硬件设备，利用转台可以模拟飞行器的空中姿态，获取其制导系统，控制系统以及相应器件的各种实验数据，并根据试验参数进行重新设计和改进，达到预期效果。在军事领域，雷达天线的自动瞄准跟踪控制，高射炮，导弹发射架的瞄准运动控制，坦克，军舰的炮塔运动控制等都是基于二维转台的运动控制，所以对其进行研究有重要的现实意义。在工业制造行业，越来越多的机械手被应用进来，而转台为其提供了很好的自由度。所以说，转台性能的好坏直接关系到仿真实验的可靠性和置信度，是保证航空航天系列产品及武器系统精度和性能的基础，在航天工
2、业和国防建设的发展中具有重要的意义。本课题研究的二维加速度转台控制系统正是对引信模拟试验台的控制部分进行研究，主要包含主轴调速控制和运动控制。首先进行了控制方案设计，控制流程设计，然后通过对控制器件的选择进一步改进控制方案，最后，通过上位机软件实现了远程监控。调试和测试结果表明该系统符合设计要求。关键字：飞行模拟仿真转台，伺服系统，PMAC，Delphi控制界面Design of the control system for Two-dimensional TurntableAbstractIn the aerospace field, Turntable, which is a key ha
3、rdware, is used for real-time simulation and testing on Hardware-in-the-loop (HWIL). We can use a turntable to simulate the attitude of the aircraft in the air for its guidance system, control systems and lots of experimental data about the devices which is expected. Based on such parameters, we re-
4、design and improve it to achieve the expected effect. In the military field, anti-aircraft guns, the Automatic target tracking control on the radar antenna, the control for missile launchers Target motion, tanks and the movement control of warships turret, all of them are based on the control of Two
5、-dimensional turntable movement, so that the important practical significance is expected on the study. In the industrial manufacturing industry, as the turntable has a good degree of freedom,more and more robotics have been applicated, So the performance of the Turntable has a significance effect o
6、n reliability and confidence of the simulation experiment.it is the basis to ensure the accuracy and performance of series of aerospace and Weapon system, and of great significance in the development of the aerospace industry and defense.This topic on the acceleration turntable control system of two
7、-dimensional discuss the control system of the simulation test bed of the missile launchers. It is Consists mainly of the control of Variable frequency motor and Servo motor. Firstly, I design the Control scheme and the control Process. then choose the control devise and improve the scheme.finally,
8、I use the PC interface to complete the process of Control simulationKeyword：The simulation turntable for flight，Servo motor，PMAC，The interface of delphi目 录1绪论11.1 课题研究的背景意义和目的11.2 仿真实验转台国内外发展现状11.2.1 国外仿真转台的发展现状11.2.2 国内仿真转台的发展现状21.3 论文结构安排 . 32 转台控制系统的总体方案设计42.1 试验转台的构成42.2 仿真转台的控制系统42.2.1 伺服控制系统42
9、.2.2 变频调速控制系统52.3 系统工作原理53 二维加速度转台控制系统的硬件设计73.1 变频电机控制系统的设计73.1.1 变频电机系统的硬件设计73.1.2 交流变频调速电机73.1.3 EV3000 变频器83. 2 基于 PMAC 伺服控制系统的设计93.2.1 伺服控制系统硬件设计93.2.3 伺服驱动器123.2.4 伺服电动机133.3 本章小结154 试验台控制系统软件部分研究164.1 PMAC 卡 PID 运动控制算法参数调整164.2 PMAC 软件编程174.3 变频调速电机控制方式194.3.1 变频器通信协议194.3.2 控制程序编写224.4 上位机控制界
10、面设计274.5 二维加速度转台控制系统工作过程简述294.6 二维加速度转台控制系统工作流程314.7 本章小结325 结论33参 考 文 献：34致 谢36第 IV 页 共 页1 绪论1.1 课题研究的背景意义和目的航空、航天和航海工业的发展水平是一个国家科技能力、国防实力和综合国力的重要标志。航空、航天和航海技术不但在国防军事领域中具有举足轻重的地位，在民用领域也有着相当重要的意义。神舟号系列宇宙飞船的成功飞行、同步通讯卫星的准确定位、导弹的精确定位和远洋船只的安全航行等等，这些都是因为使用了高精度的惯性导航与制导技术。惯性导航与制导系统是个复杂的系统，惯性元件精度的高低在很大程度上又决
11、定了惯性导航与制导系统精度的高低。为此世界各国都投入了大量的人力和物力来研究如何提高惯性元件的精度，进而不断提高惯性导航与制导系统的精度。目前，在军事领域，武器系统的控制正在向高精尖准发展，其自动化程度越来越高。而转台作为其中一个基础器件，对于其控制的研究有着非同寻常的作用。目前，在各个科研或高校单位中，实验转台作为航海航天等领域中进行模拟、仿真、测试的关键设备，在科学试验过程中起到重要作用。它可以真实地复现被测器件在不同自由度方向的运动特征，从而对被测器件的性能进行模拟测试，获得试验数据，检验被测系统或部件是否达到整体设计的性能指标。炮塔，坦克，导弹发射架都是转台控制系统，要想这些设备具有良
12、好的性能，大量的数据是不可或缺的，很显然实物试验不仅成本太高，而且具有自身的危险性和不可预知性，所以，我们必须使用半实物仿真转台来进行试验和获取数据。本课题研究的二维加速度转台控制系统正是基于以上各种经济、安全、高效等各方面的考虑，利用二维转台的控制特性，从二维空间进行导弹发射和炮塔运动环境的地面模拟，相对来说，控制精度高，模拟较为逼真，很有实用价值，对航空航天和国防发展有重大作用！1.2 仿真实验转台国内外发展现状1.2.1 国外仿真转台的发展现状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
13、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。之后，麻省理工学院经过多年的改进和研究，先后成功研制出B型转台、C型转台和D型转台7。六十年代后，高精度的电机和高分辨率的测量元件出现，人们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，将转台的技术水平推向了一个新台阶8。随后，美国的欧思一伊利诺斯公司的菲克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。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
14、MBB公司等9。CGC公司于1969年有两个精密仪器公司合并而成，1974年，美国的欧文斯-伊利诺斯公司的菲克系统分公司并入CGC公司，从此，飞行仿真转台的研制进入了一个高速发展阶段。20世纪80年代，CGC公司又研制改进了转台ITATT， 用来测量高精度惯性制导与导航系统。ITATT型转台的许多性能指标代表了当时转台技术发展的最高水平，设计中采用的许多新技术和新措施对后来的转台发展来说具有较强的指导意义10。当前，由于美国的海陆空军和民用部门应用惯性系统越来越多，对陀螺精度要求也越来越高，因此转台的研制进入了一个飞速发展时期。目前转台多采用力矩电机直接驱动和计算机控制，精度和性能已经达到了很
15、高的水平11。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、英、法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12。1.2.2 国内仿真转台的发展现状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。我国在20世纪60年代自主研发和制造了第一台液压飞行仿真转台，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13。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14。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15。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
