液压飞行模拟转台机械结构设计

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一种可全方位移动的三轴转台结构设计

一种可全方位移动的三轴转台结构设计

一种可全方位移动的三轴转台结构设计摘要:本文介绍了一种适用于一些小型飞行器模拟测试的实验平台,按要求对其结构进行了设计,并制作了实验的样机。

该实验平台实现可以三个旋转自由度和地面的全方位移动,并且该平台不需要驱动元件,结构简便实用。

关键词:三轴转台;全方位移动;结构设计引言三维转台作为航空、航天研究中的关键地面设备是导航制导设备的关键,所以转台的技术研究一直受到发达国家航空航天领域的高度重视。

三轴转台是用于飞机,导弹,飞船等其他飞行器及地面半实物仿真的关键设备,它可在实验室环境内实时地模拟复现飞行器在空中的动力学特性和飞行器在空间进行中滚转、俯仰、偏航等的运动姿态,转台技术广泛应用于航空、航海、国防建设领域中。

目前,各国研究制作的转台都是带有驱动机构的大型控制转台,这些测试转台无论是机械结构还是测量控制系统都极其复杂,转台的制作使用成本昂贵,操作复杂;而且,这些平台大多是不可自由移动的。

这对于一些需要在地面自由移动的小型简易的实验飞行器和其他一些需要低成本半实物仿真的设备,显然是不适合。

而针对这种在地面自由移动,低成本,使用、操作方便的飞行器设备实验仿真测试平台。

本文提出一种新的可全方位移动的三轴转台设计。

1.结构设计1.1整体结构方案设计按照设计要求,本设计具体地说是一种可全方位移动的三轴转台,包括彼此转动连接的转动部分及移动平台,转动部分包括转杆、中环及外环,移动平台包括底座、支杆及万向轮,外环转动安装在底座上,底座上沿周向均布有多个支杆,每个支杆均连接有万向轮,通过万向轮实现水平方向前后、左右两个平移自由度;中环转动安装在外环内,转杆作为被测对象的载体转动安装在中环内,通过转杆相对于中环转动、中环相对于外环转动及外环相对底座转动实现三个旋转自由度,如图1所示。

图1 转台三维模型1.2转动部分结构设计转台的转动部分包括中间转杆、中环及外环,具体情况可以参照图1。

中环和外环采用的正八边形的形状。

小型无人机三轴飞行仿真转台设计

小型无人机三轴飞行仿真转台设计
Abs t r a c t : Fl i g h t t e s t s o n UAV li f g h t c o n t r o l s y s t e m i s h i g h — c o s t , d a n g e r o u s a n d r e s t r i c t e d. F o r t h i s r e a s o n , a n e w 3 - a x i s
人机 控 制 系统 的研 究提 供 了一个 地 面半仿 真 实验 的平 台 。 关 键 词 :三轴 转 台;结构 设 计 ;步 进 电机 ;控 制 系统 中图 分类 号 :T J 8 5 文献 标 志码 :A
De s i g n of a 3 一 Axi s Fl i g ht Si mu l a t o r f o r a Sm a l l UAV
2 0l 3— 1 1
兵 工 自动 化
Or d n a n c e I n d us t r y Aut o ma t i o n ・7 3・
3 2 ( 1 1 1
d o i :1 0. 76 9 0 / b g z d h . 2 01 3 . 1 1 . 0 2 0
0 引 言
小 型 无 人 机 具 有 噪 音 低 、 目标 小 、 效 费 比高 、 雷达信 号弱 、 机 动 性 强 等 特 点 ,对 起 降条 件 限 制 小 , 特别适 合在特殊环境 下使用 。 对 于小型无人机 而言 ,
良好 的 飞 行 控 制 系 统 至 关 重 要 。 小 型 无 人 机 的机 动 性 和 执 行 任 务 的 能力 很 大 程 度 上 取 决 于 其 飞 行 控 制 系统 的设计水平 。
f l i g h t s i mu l a t o r i s d e s i g n e d f o r t h e r e s e a r c h o f a s ma l l UAV.Pe r f o r ma n c e i n d e x a n d s t r u c t u r e o f li f g h t s i mu l a t o r i s

液压stewart平台控制系统设计毕业论文[管理资料]

液压stewart平台控制系统设计毕业论文[管理资料]
(1)精度较高,作为典型的并联机构,各支链之间相对独立,没有环环相扣式的累积误差;
(2)驱动装置可以根据环境、条件等灵活布置在较低的位置,降低其质心,相应减小上方运动部分惯性,系统具有良好动态响应;
(3)六条支腿形式一致,结构紧凑,彼此并联,“有难同当”,所以刚度高,可承受较大的负载;
(4)完全对称式各向同性好;
平台支腿长度最值
图中所得具体数值是在假设R=1500的前提下得到,我们可以看出 对应第三条支腿 , 对应第六条支腿 ,,我们可以得到 和 有关与R的关系式:
()
()
实际上需满足:
()
()
将式()和式()代入上式可解得: 或 (舍去)
在上述结果的基础上,再参考相关文献,从平台运动精度的角度出发,,故定平台即下平台的外接圆半径为R=1500mm。
70年代
1974 年,美国为六自由度飞行模拟器制定了专门的性能标准 MIL-STD-158。1978年, Stewart 平台被提出可作为机器人机构。
70年代
1979 年MacCallion,H 和 Pham,,在装配工作站中应用。
80年代
并联六自由度机构的研究进入了新的阶段,在此期间,Stewart 平台在空间交会对接(RVD)仿真技术方面得到了应用。
= (1)
×
2.2.2
本文中假定驾驶室整个安装在上方的动平台上。,重1500kg,由此可以初步确定动平台外接圆直径。,再综合安装、稳定性等因素,动平台直径初步定为2400mm(半径r=1200mm)。
定平台的大小我们根据支腿运动长度来确定。 (,其过程可通过VC编程实现,结果得 和 均在平台绕x轴旋转时实现,),并由定平台外接圆半径R表示。联合表达式()和表达式()可以得到R的范围。

三轴转台仿真设计---设计说明书

三轴转台仿真设计---设计说明书

目录摘要 (3)Abstract (4)1 绪论 (6)1.1 引言 (6)1.2 国外研究状况 (6)1.3国内研究状况 (6)2 三轴转台的机械设计 (8)2.1 三轴转台的概述 (8)2.1.1 三轴转台的性能指标 (8)2.1.2三轴转台工作原理概述 (8)2.1.3 伺服驱动电机的选择与计算 (9)2.1.4 直流力矩电机的计算分析 (12)2.1.5 框架的选材 (13)2.2 转台结构的设计 (14)2.2.1 外环装配示意图 (14)2.2.2 中环装配示意图 (15)2.2.3 内环装配示意图 (15)2.2.4 总装配示意图 (16)2.2.5 零件示意图 (16)3 伺服系统的总体设计 (17)3.1伺服系统的组成 (17)3.2 三轴转台的工作原理 (18)3.3 伺服系统硬件的选择 (18)3.3.1 直流电机驱动器的选择 (19)3.3.2 圆光栅编码器增量式YGM506 的选择 (20)3.3.3 稳压器的选择 (20)3.3.4 软件可编程器件的选择 (21)3.3.5 串口卡的选择 (21)3.4 伺服控制系统的硬件接线图 (23)4 三轴转台的运动仿真 (24)4.1 概述 (24)4.1.1 主要优点 (25)4.1.2 研究复杂的实际情况 (25)4.2 三轴转台仿真过程[20] (26)5 结论 (28)6 工作展望 (29)致谢 (30)参考文献 (31)2王伟摘要航空、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。

仿真转台的工作原理

仿真转台的工作原理

仿真转台的工作原理仿真转台是一种用于模拟载体在空间中的定向运动的设备,它广泛应用于飞行模拟器、船舶模拟器、汽车模拟器等领域。

通过模拟转台的运动,可以让操作者感受到真实载体运动时的视觉、听觉和触觉感受,从而提高培训和测试的逼真程度。

本文将从仿真转台的工作原理、结构和应用领域等方面进行详细介绍。

一、仿真转台的工作原理1. 传统仿真转台传统仿真转台主要由电机、传动机构、控制系统和载体支撑系统等组成。

电机通常采用直流电机或交流电机,通过控制电机的启停、转速和转向等来实现转台的运动。

传动机构一般采用减速器、联轴器等装置,用于传递电机的运动到转台上。

控制系统则负责对电机的运动进行精确控制,根据模拟载体的运动要求进行相应的运动控制。

载体支撑系统主要用于支撑和固定要模拟的载体,以防止在转台运动过程中产生不稳定或不安全的情况。

2. 惯性仿真转台惯性仿真转台是一种利用离心力产生载体仿真运动的新型仿真设备。

它的工作原理是通过旋转载体,产生离心力,进而模拟载体的加速度和角速度变化。

惯性仿真转台通常由旋转体、驱动装置、传感器和控制系统等组成。

驱动装置通过电机或液压装置提供旋转能量,传感器用于实时监测旋转体的角度和速度,控制系统则根据监测结果对驱动装置进行精确控制。

惯性仿真转台不仅可以模拟载体的转向运动,还可以模拟载体的加速度和角速度变化,具有更高的仿真真实度。

二、仿真转台的结构1. 传统仿真转台的结构传统仿真转台的结构主要包括转台平台、运动系统、支撑系统、传感系统和控制系统等部分。

转台平台是载体放置的地方,通常有不同尺寸和形状的平台可供选择。

运动系统由电机、传动装置和联轴器等组成,用于产生转台的运动。

支撑系统主要用于固定和支撑模拟的载体,通常采用液压支撑或机械支撑的方式。

传感系统用于监测转台的运动状态,包括角度、速度和加速度等参数。

控制系统则负责对运动系统进行精确的控制,根据模拟要求进行相应的运动模拟。

2. 惯性仿真转台的结构惯性仿真转台的结构主要包括旋转体、驱动装置、传感器和控制系统等部分。

仿真转台框架的结构优化设计

仿真转台框架的结构优化设计

pφ = 6R5·F t·cos( 1. 5φ)
( 2)
其载荷在轴承孔的分布规律为在轴承孔接触处左
右各 60° 范围内上呈式( 2) 分布。
得到转台外框轴系的有限元模型如图 1 所示。其
侧面的载荷示意图如图 2 所示。对直倒角的外框进行
静力分析和模态分析,得到最大变形量发生在轴的电
机转矩施加处,最大变形量为 1. 743 μm,而所关心的
s. t.
|
δm | δ0
- 1 ≤ 0,1 -
f f0
≤ 0,rL
<r
< rU
S = 4( 195 - r) ( 176 - r) + 4( 195 - r) + 4( 176 - r) + r2 ≥ S0
式中: I( r) ——— 外框的转动惯量;
ρ——— 密度;
V( r) ——— 外框体积;
L——— 惯性半径;
先用随机搜索法获得一组可行解,r = 55 mm。然 后采用 0 阶优化方法进行优化分析。以外框最大变形
66
机械设计
第 28 卷第 9 期
量不大于0. 8 μm,转动惯量不大于 1. 5 kg·m2 ,经过优 化迭代,得到最优的倒角半径为 44 mm。优化前后的外 框参数对比如表 2 所示。
表 2 优化前后的外框轴系结构参数
64
机械设计
第 28 卷第 9 期
内[6]。若轴承孔的半径为 R,宽度为 t,径向分布载荷的
合力为 F,其最大分布载荷密度为 p0 ,与 F 成 φ 角位置
的载荷密度为 pφ,则:
∫π /3
F = t -π/3 p0 cos( 1. 5φ) cos φ·R·dφ =
6 5

三轴飞行仿真转台控制系统设计

三轴飞行仿真转台控制系统设计

三轴飞行仿真转台控制系统设计路平;刘凯;王龙【摘要】为实现转台的高精度控制,设计了转台数字控制系统.该控制系统以MSP430单片机为控制核心,采用模块化的设计理念和开放式的结构形式,设计了转台控制系统的硬件电路,并对其功能和原理进行了论述.以VC+ +6.0为开发环境,设计了控制系统的上位机软件结构;以IAR EW 5.0为开发环境设计了控制系统的下位机软件结构.为验证控制系统的性能,进行了控制实验,结果表明:系统控制效果良好,达到了预期效果.【期刊名称】《传感器与微系统》【年(卷),期】2016(035)009【总页数】5页(P110-113,117)【关键词】三轴转台;控制系统;硬件电路;软件设计【作者】路平;刘凯;王龙【作者单位】军械工程学院无人机工程系,河北石家庄050003;军械工程学院无人机工程系,河北石家庄050003;军械工程学院无人机工程系,河北石家庄050003【正文语种】中文【中图分类】TP273三轴飞行仿真转台是一种在航空、航天等领域中进行模拟、仿真、测试等相关实验的半实物仿真设备,可以通过对三个框架实施不同的运动,模拟飞行器在空中的各种飞行动作和姿态变化,军事和民用价值日益突出。

转台的内、中、外三个框架分别模拟飞行器的滚转、俯仰、偏航运动[1]。

超低速、宽调速、高频响、高精度是仿真转台最重要的技术指标,设计合理的控制系统是实现转台技术指标的关键,关系到仿真结果的优劣[2]。

转台控制系统作为转台系统的核心部件,主要用于控制转台转动,实现转台的飞行仿真功能。

本文设计了一种基于MSP430单片机的转台数字控制系统,从硬件设计、软件设计和系统调试与转台控制实验三个方面对搭建的转台数字控制系统进行了较为详尽的阐述。

通过数字控制器实现对转台的闭环控制,控制策略采用软件程序实现,具有结构简单、控制精度高、抗干扰能力强、可靠性高等特点,控制效果良好。

转台控制系统的设计思路是采用人机交互界面的形式,实现转台指令的收发以及转台的检测;通过下位机即转台的数字控制器实现对转台的高精度控制。

【精品】飞行模拟转台设计任务书

【精品】飞行模拟转台设计任务书

毕业设计(论文)任务书飞行模拟转台设计II、毕业设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求:1.采用并联机构,由三个液压缸联接上下两个平台,下平台固定,上平台的位姿通过液压缸的伸缩调整。

同时上平台上安装可以绕轴旋转机构,从而实现飞行姿态模拟。

2.通过控制液压缸的伸缩,从而调整上平台的位姿。

3.设计液压飞行模拟转台的机械结构。

III、毕业设计(论文)工作内容及完成时间:1.搜集资料写开题报告,英文翻译。

第1周~第2周2.模拟转台的机械结构设计。

第3周~第5周3.绘制零件图和装配图。

第6周~第8周4.设计液压缸的液压回路。

第9周~第10周5.对系统进行三维建模。

第11周~第14周6.撰写毕业论文。

第15周~第16周7.答辩准备及毕业答辩第17周Ⅳ、主要参考资料:[1]赵佩华.单片机接口技术及应用.北京:机械工业出版社,2003.[2]陈康宁等.机械工程控制基础.西安:西安交通大学出版社,1997.[3]何克忠,李伟.计算机控制系统.北京:清华大学出版社,1998.[4]成大先等.机械设计手册(液压传动).北京:化学工业出版社,2004.[5]机械设计手册编委会.机械设计手册.北京:机械工业出版社,2004.[6]Y UICHI S ASAKI.Developmentofacomputer-aidedprocessplanningsystemBasedona knowledgebase.Marinescienceandtechnology(2003)7:175-179.航空与机械工程院(系)机械设计制造及其自动化专业类0781053班学生(签名):日期:自2011年3月15日至2011年5月28日指导教师(签名):助理指导教师(并指出所负责的部分):航空与机械工程系(室)主任(签名):附注:任务书应该附在已完成的毕业设计说明书首页。

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液压飞行模拟转台摘要: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指导老师签名:Hydraulic flight simulation turntableAbstract: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 simulationSignature of supervisor:液压飞行模拟转台机械结构设计1. 绪论1.1 选题的依据及意义随着飞机和导弹的快速发展,要求其具有更高的性能和稳定性,这就要我们通过对他们的性能参数进行测量评估进而进行改进,但一架真正的飞机或一枚导弹的成本太高,我们不可能也没有必要用一架真正的飞机或导弹来进行实验采集数据,这就要求我们采用一些比较合理的实验装置来实现飞机或导弹的飞行状态,这样飞行模拟实验转台得以发展。

该转台可以将重物放在其上面也可以用来对飞行员进行培训,因为它可以模拟飞机在空中飞行的各种姿态。

该装置的出现既达到了对飞机或导弹性能参数的采集,进而改进,在成本上远远低于一架飞机或导弹的价格,对飞机和导弹的发展具有不可估量的价值。

1.2 国内外研究概况及发展趋势目前,大部分飞行模拟转台采用串联式机构,而本设计则采用并联式机械机构来实现的。

采用并联机构其承载能力大,机构简单。

本机构由上下两个工作平台,下平台固定在地面上,上平台用来放待实验的物品,在上下平台之间采用三个液压缸连接,通过液压缸上声高度的不同,来实现上平台的倾斜,而上平台可由电动机带动旋转从而达到模拟飞机在飞行过程中的各种状态。

飞行模拟器研制及应用被认为是飞行模拟技术发展的基础性工程和关键环节,一直受到世界各国尤其是发达国家的高度重视。

美国是世界上最早开展飞行模拟器研究和应用的国家,在技术和数量上一直居领先地位。

据统计,美国的飞行模拟器研制和采办费用每年增长一倍,仅1995年~2000年的费用就高达36亿美元。

俄罗斯同样是世界上的飞行模拟大国和强国,他们的所有飞机都配备有相应的飞行模拟器,仅空中飞行模拟器就有20余种,其中包括先进的空地综合飞行模拟系统。

值得提出的是,俄罗斯在飞行模拟器的基础理论研究,特别是人-机工效学和飞行员建模与仿真等方面都名列前茅。

英、德、法等国的飞行模拟器研制及应用也始终处于世界先进行列。

我国在飞行模拟器研制及应用方面虽然起步比美、俄、英法等国较晚,但仍是世界上发展飞行模拟器较早的国家。

于20世纪60年代开始使用射击练习器和仪表飞行练习器,并建立了研究用飞机控制系统模拟试验台、航空发动机模拟试验台。

20世纪80年代发展更快,先后研制成功了一系列研制用飞行模拟器和工程用飞行模拟器,并普及设计、制造和使用了各个机种的飞行模拟训练器。

出此,我国还是世界上少数能够设计和建造空中飞行模拟器的国家之一,所以可堪称为“飞行模拟器大国”。

[1]2.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。

该液压飞行模拟实验转台机械结构如图2-1所示。

2.1升降系统结构分析升降系统有液压式、气电式、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。

该升降系统由三个液压缸组成。

我们所设计的液压飞行模拟转台的主要参数是总高约1500mm,最大行程为400mm,最大载荷为1t。

因液压飞行模拟转台载荷较大,位置精度要求较高,故上升速度不宜过大,最大上升速度应控制在50mm/min以内。

2.1.1液压缸结构由于液压缸的外形尺寸较大,需承受的较大的冲击载荷,所以初步拟定采用了法兰型液压缸的结构原型,并在此基础上针对液压缸的使用特性进行调整其总体结构如图2-2所示。

为了实现工作平台的倾斜角度,液压缸的工作台与活塞杆应采用转动连接副相连。

当液压缸工作时,液压缸的工作台自由转动,所以设计时将活塞杆顶部插入球头,与工作台形成转动副。

如图2-3所示。

球头与活塞杆采用紧固螺钉固定。

由于光栅尺尺寸较长,只能将活塞和活塞杆做成中空状来放置光栅传感器。

这样活塞与活塞杆之间不宜采用螺母紧固,方便起见,我们将活塞和活塞杆合为一体,材料同为45号钢。

工作时发光元件与光敏元件随活塞作同步运动,光栅尺下端固定在底盖上不动,光源与光栅尺的相对位移量通过读数头转化为数字信号传递给单片机。

图2-2液压缸总体结构图图2-3 液压缸的工作台与活塞之间的连接由于液压缸的行程较长,达400mm,当工作台旋转一个角度去承载重物时容易产生较大的弯曲力矩使活塞杆折断。

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