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液压飞行模拟转台机械结构设计.doc
目 录
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
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
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