《三轴测试转台控制系统设计本科学位论文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《三轴测试转台控制系统设计本科学位论文（43页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、目录摘 要IAbstractII第一章 绪论11.1课题研究的背景与意义11.1.1无人机简介11.1.2 转台在航空领域中的作用21.2 现在转台的研究方向21.3 本文的主要研究内容3第二章 三轴测试转台原理及控制系统设计42.1 三轴测试转台的结构及原理42.2 三轴测试转台控制系统的原理52.3 无刷直流电机的选择52.4 无刷直流电机传递函数模型72.5 无刷直流电机的PID控制9第三章 三轴测试转台控制系统的实现133.1 数据采集系统133.1.1 常用的测速方法143.1.2 数据采集原理153.2串口通信系统16第四章 上位机软件开发214.1上位机控制软件选取214.2 V
2、isual Basic的功能特点214.3 VisualBasic串行通信模块224.4上位机控制软件的主要功能234.5上位机软件流程244.6软件界面开发26第五章 全文总结29参考文献30附录31一、Visual Basic程序31二、单片机程序35致谢38摘 要转台作为航空、航天等领域中进行半实物仿真和测试的关键设备，在飞行器的研制过程中起着极其重要的作用。转台的研究和制造对航空、航天工业和国防建设的发展具有重要的意义。本论文首先通过对三轴测试转台结构及原理的认识，本文设计了转台控制系统;并通过Simulink环境对直流无刷电机的调速系统进行了仿真分析。然后本文对AT89S52单片机进
3、行了必要的介绍，并对AT89S52单片机的数据采集系统进行了分析，还对单片机与PC机的通信系统进行了设计。最后本文对上位机控制软件进行了设计。PC机通过Visual Basic 6.0的MSComm控件与单片机之间建立通信协议。关键词：三轴测试转台；无刷直流电机；仿真；数据采集；通信协议I中南大学本科毕业设计论文 AbstractTurntable as a key equipment which is used to simulate and test the semi-objects in the aviation aerospace and other fields, plays an
4、extremely important role in the aerocrafts development process. The research and manufacture on the turntable is of great significance to aviation and aerospace industry and the development of national defense. Firstly, the thesis through the understanding of three-axle tables structure and principl
5、e, the thesis designed a servo control system of turntable. The speed control system of Brushless DC Motor was simulated through Simulation environment.Then, the thesis introduced AT89S52 SCM(Single Chip Microcomputer), and analysed the Data Acquisition System of the AT89S52 SCM, and also designed t
6、he Communication Systems between PC and AT89S52 SCM.Finally, the thesis designed the control software of PC. Through MSComm control of Visual Basic 6.0, the communication protocols was established between PC and AT89S52 SCM.Keywords: three-axle table; Brushless DC Motor; simulation; data acquisition
7、; communication protocol II中南大学本科毕业设计论文 第一章 绪论第一章 绪论1.1课题研究的背景与意义1.1.1无人机简介无人机(Unmanned Aerial Vehicles ,UAV) 是当今世界上军用武器发展的一个热点。无人机通常是指无人驾驶、自主推进,由无线电遥控或自身程序控制, 利用空气动力承载飞行并可回收重复使用的飞行器。20 世纪60 年代初,美国首先将无人机用于军事侦察,此后无人机先后参加了越南战争、中东战争、海湾战争、科索沃战争、阿富汗战争及近期的伊拉克战争,均发挥了重要作用。海湾战争中,美国海军在“威斯康星”和“密苏里”号战列舰上配置了多架“先
8、锋”舰载无人机,这些无人机出动500 多次执行了情报侦察、战场监视、目标指示、战损评估等任务, 取得了不俗的战绩。科索沃战争中,北约再次使用了大量无人机,美国的12架“掠夺者”无人机在战区实施了不间断的侦察与监视,为北约提供了大量的实时情报信息,美海军的“先锋”舰载无人机还多次承担了战损评估等任务。美国中空战术无人机“捕食者( Predator) ”在对阿富汗的军事行动中,曾在12架该机上发射了115枚“海尔法”式反装甲导弹,并为有人飞机投掷激光制导炸弹指示攻击目标525次,首开了无人机用于攻击作战之先河。在伊拉战争中,无人侦察飞机在战场上空不间断“盘旋”,给前线指挥员提供了第一手的敌情画面,
9、发挥了通信中继站的作用,将战场上的图像情报及通信信息传送到作战指挥中心。无人机在执行任务方面远比有人机更具特点和优点，因而也更有效。有人预言，无人作战飞机（UCAV)将有可能成为21世纪空中作战的新式武器，成为空中作战的主导力量。还应指出，除军用外，无人机在民用领域也有极为广泛的应用前景1。图 1-1 “捕食者”号无人机1.1.2 转台在航空领域中的作用航空、航天工业的发展水平是一个国家的科技能力、经济实力和国防实力的重要标志。航空、航天技术不但在国防领域中有举足轻重的地位，在民用方面也有着重要的意义。惯性导航和制导技术是航空、航天与航海领域里的一项核心技术，同步卫星的准确定位、人类成功登上月
10、球、航天飞机的飞行成功、飞行器的准确定位与自动跟踪等都采用了高精度的惯性导航和制导技术。近年来发生的一些战争已证明飞行器在现代化武器装备中日趋重要。随着航空、航天与航海事业的飞速发展，对惯性导航与制导系统的工作精度也不断地提出新的要求。航空转台仿真系统是国家航空航天领域设计和研制出新的飞行器后进行试飞试航的前期模拟系统，是进行半实物仿真和实现陀螺仪精确测试、标定和检验的必需工具，在飞行器的研制过程中起着极其重要的作用。三轴测试转台可以在实验室条件下模拟飞行器在空中实际飞行时的各种姿态，复现其运动时的动力学特征，从而对它们的制导系统、控制系统及其相应器件的性能进行反复仿真和测试，获得试验数据，并
11、据此对其进行重新设计和改进，达到总体设计的性能指标要求。仿真转台性能的优劣直接关系到仿真实验的逼真性和置信度，是保证航空、航天型号产品和武器系统的精度和性能的基础。随着飞行器型号的不断更新，性能的日益提高，对导航和制导设备的性能和精度的要求也在不断提高。这就给仿真转台的整体制造水平提出了新的课题，也给转台控制系统的设计与实现提出了更高的要求23。1.2 现在转台的研究方向通过对法国WUILFERT公司以及瑞士Acutronics公司、美国的Carco公司、Ideal Aerosmith公司，Geniso公司、Benton公司研制的测试设备的性能进行比较来看，法国WUILFERT公司的转台产品对
12、现今转台的发展现状具有一定的代表性。WUILFERT公司经过四年的发展目前已成为欧洲运动模拟器领域的领先者，并在1998年成功对美国CGC公司70年代研制的53M2型三轴模拟转台进行了改型：使用新型高精度光学编码器替代720对极感应同步器和直流测速计以及应用DDC数字控制方案代替以前的MPACS外部设备拥有图形用户界面，运行环境为WINDOWSNT，IEEE488.2和RS232C，40位并行口，模拟输入、输出接口。由于欧洲航天界正在进行产业重组，扩大与美国航天界的竞争，因此有必要通过对WUILFERT公司产品的了解，以便我们对欧洲惯性技术的发展有着进一步的了解4。WUILFERT公司研制的测
13、试转台的主要产品，其机械台体为钢型材焊接机械轴系结构，测角系统的角位置、角速率传感器采用高分辨率、高稳定性的高精度光学编码器，驱动元件采用大力矩、高转速的高性能无刷力矩电机、控制系统采用纯数字控制方案。由于编码器和控制器只是作为PC机的一个外设，所以其转台的电气系统成为一个真正的数字控制系统5。ILFE公司研制的测试转台从结构上可分为单轴、双轴和三轴系列，且都可以选装温控箱、真空箱设备；从精度指标上分为二个等级；从功能上具有位置、速率、摇摆、振动等功能。从欧洲转台的发展状况和美国一些公司的转台产品可以知道，在采用感应同步器作为测角元件的转台与我国目前研制的转台的性能指标相当，但与采用高精度光学
14、编码器和采用感应同步器与绝对光学编码器混合使用作为测角元件的转台指标还有一定的差距，并且纯数字控制系统的转台仍处于实验室阶段。因此,今后我国转台的研制应该考虑朝以下几个方面发展：67(1) 机械方面：加强高精度轴系、结构和转台框架的材料方面的研究，尽量减小轴系的晃动，改善转台的对称性和偏转特性以及减轻框架轴系的转动惯量。(2) 驱动元件：采用大力矩、高转速无刷直流力矩电机或大力矩、高转速交流力矩电机。尽量减小因摩擦力矩而造成的控制精度问题。(3) 位置传感器：采用高精度光学编码器作为角位置传感器，并且应加快720对极感应同步器的研制，提高系统角位置的分辨力。(4) 控制系统：研制DDC纯数字控
15、制系统，利用数字状态反馈技术实现消除漂移、误差模型补偿，完成基于现代控制理论的智能控制算法，提供被控轴的控制方式并且克服模拟元件产生的电磁干扰，提高系统的抗干扰能力，从而提高转台系统的控制精度。(5) 可靠性和稳定性：采用数字化、模块化、标准化测量控制系统，它是转台系统可靠性和稳定性的关键所在并且这种系统开发、使用、检测、维护都很方便，给用户和转台研制单位都带来极大的便利。(6) 检测方法：深入超低速的速率精度和速率平稳性、动态测角精度检测方法的研究。(7) 加强功能性专一的转台设备的研究，降低多用性，使转台简化。避免多种功能集于一种转台的误区。1.3 本文的主要研究内容本论文以实际课题为背景，对设计过程中的一些理论和实际问题进行了分析研究。在该课题中我主要承担三轴测试转台控制器的设计。论文研究的主要内容如下：第一章 ：陈述了课题研究的背景和意义，指出了目前三轴测试转台的研究方向。第二章 ：根据三轴测试转台的原理，主要设计了三轴测试转台的控制系统
