转台数字化测控系统的设计

简易转台控制系统设计
一、任务
转台是一种可以精密测量角度的设备。

设计制作一个简易的转台，目标是控制指针的转动，实现以下几种功能，包含令指针以一定的角速度转动、以一定的频率和幅值做正弦振荡、快速转到指定的角度等。

二、要求
图1 简易转台系统示意图
1、基本要求
(1)如图1所示，系统采用电机驱动，电机类型任选；
(2)带刻度的圆盘直径不小于10cm，角度最小刻度10度即可；
(3)实现指针以每秒5度的速度匀速旋转；
(4)实现指针正负5度，频率1Hz的正弦振荡；
(5)实现指针正负10度，频率0.2Hz的正弦振荡。

2、发挥部分
(1)设置角度测量装置，测角精度至少0.5度；
(2)PID控制是最常用的闭环控制手段，其中P代表比例环节，它能调节整
个系统的增益，如果比例环节数值较大，系统跟踪常值指令时会出现
超调现象。

指针初始位置设置在0度，要求采用PID控制方法，使指
针角度快速变化到30度；
(3)将比例环节参数调大，令系统在完成(2)的过程中出现超调。

三、说明
（1）尽量使用STC公司的最新系列单片机产品。

（2）减速齿轮和传动机构可以省掉不设计，即电机轴可直接带动指针运动；（3）发挥部分(1)的角度显示可用上位机，也可用液晶屏。

四、评分标准。

两轴转台控制系统设计
两轴转台控制系统设计
转台系统是以控制论、相似原理、系统和信息技术为基础,利用计算机和专用物理设备等辅助工具,为飞行器实验提供平台的专用设备.不同的转台系统对控制精度有着不同的要求,本文在给定技术指标的要求下,利用PMAC运动控制器,为转台设计了一套PID控制方案.通过对转台进行建模、仿真,验证了所设计方案的可行性.最后,搭建电路并调试系统,实现了预期的要求.
作者：李亮孙力闫杰 Li Liang Sun Li Yan Jie 作者单位：西北工业大学航天学院,西安,710072 刊名：电子测量技术 ISTIC 英文刊名：ELECTRONIC MEASUREMENT TECHNOLOGY 年，卷(期)：2009 32(2) 分类号：V448.25+3 关键词：转台系统 PMAC运动控制器 PID控制。

测控系统的智能化设计与实现方法在当今科技迅速发展的时代，测控系统在工业生产、科研实验、航空航天等众多领域发挥着至关重要的作用。

随着智能化技术的不断进步，测控系统的智能化设计与实现方法成为了研究的热点。

智能化的测控系统能够更高效、更精确地完成测量和控制任务，为各种复杂的应用场景提供可靠的支持。

测控系统的智能化设计首先需要明确其功能需求和性能指标。

例如，在工业生产中，可能需要对温度、压力、流量等物理量进行精确测量和控制，同时要求系统具有较高的稳定性和实时性；在科研实验中，可能需要对微小信号进行高精度检测和分析，并能够实现灵活的参数设置和数据处理。

明确这些需求和指标是设计的基础，有助于确定系统的整体架构和选用合适的技术方案。

在硬件方面，智能化测控系统通常由传感器、数据采集卡、控制器、执行机构等组成。

传感器负责感知物理量的变化，并将其转换为电信号；数据采集卡用于将传感器输出的模拟信号转换为数字信号，并传输给控制器；控制器根据预设的算法和策略对采集到的数据进行处理和分析，生成控制指令；执行机构则根据控制指令对被控对象进行相应的操作。

为了提高系统的性能和智能化水平，硬件的选型和配置至关重要。

例如，选择高精度、高稳定性的传感器，以及具有强大运算能力和丰富接口的控制器，可以为系统的智能化运行提供有力保障。

软件是实现测控系统智能化的核心部分。

通过编写高效、可靠的软件程序，可以实现数据采集、处理、分析、控制算法的实现以及人机交互等功能。

在数据采集方面，需要考虑采样频率、数据精度、滤波算法等因素，以确保采集到的信号准确可靠。

数据处理和分析则涉及到各种数学算法和统计方法，如傅里叶变换、小波分析、回归分析等，用于提取信号中的特征信息，识别异常数据，并对系统的运行状态进行评估。

控制算法的选择直接影响到系统的控制效果，常见的控制算法有 PID 控制、模糊控制、神经网络控制等，需要根据具体的应用场景和控制要求进行选择和优化。

人机交互界面的设计要简洁直观，方便操作人员进行参数设置、数据查看和系统监控。

电磁骚扰是指任何可能引起装置、设备或系统性能降低或者对生命或无生命物质产生损害作用的电磁现象。

它可以通过辐射和传导两种方式转播，而辐射骚扰的测试必须要考虑可重复性、经济性、准确性、抗干扰性和快速定位。

目前，在封闭的测试室，对辐射骚扰测试主要采用如下测试装置系统简图(如图2-1所示)。

3M0.8M图2-1电磁兼容测试装置系统简图方案（一）：本方案是将转台固定，将受试设备（EUT）置于其上，通过ARM7单片机控制步进电机的匀速转动，从而带动天线自下往上的移动，实现天线快速寻找EUT的最大噪声辐射位置。

其中天线接收的EUT的电磁骚扰主要来源于两个方面：第一是EUT对天线直接的电磁骚扰；第二是EUT的发出的电磁骚扰经过地面的反射使天线接收。

通过步进电机控制天线的移动接收到的数据经频谱分析仪传进电脑，最后经过软件处理将接收的数据以曲线的格式显示，在曲线上可以找到最大的辐射骚扰值的位置，并可将其打印出来。

方案（二）：本方案的转台是可控的，将受试设备（EUT）置于其上，由计算机发送转动的指令经ARM7单片机控制转台伺服电机使其匀速转动一周后，转台停止转动，此刻天线的步进电机原地接收电磁骚扰信号后，由计算机发送转动的指令经ARM7单片机控制天线匀速向上移动，同时天线将接收到得信号经频谱分析仪处理后所得的数据，经过串口发给计算机，由计算机里测试软件以一定的算法、最快的速度处理数据，以此找到设备在该点的最大电磁骚扰值。

等天线向上移动1M后，由计算机的测试软件发出指令，使天线停止，同时让再次匀速转动一周，在转动中有天线接收EUT发出的电磁骚扰信号，后面的步骤如上所述。

当计算机读完四次数据时天线移动到最顶端。

测试完毕，由测试软件发出指令使天线回到原始位置，以便下次的测试。

其中天线接收的EUT的电磁骚扰主要来源于两个方面：第一是EUT对天线直接的电磁骚扰；第二是EUT的发出的电磁骚扰经过地面的反射使天线接收。

通过步进电机控制天线的移动接收到的数据经频谱分析仪传进电脑，最后经过软件处理将接收的数据以曲线的格式显示，在曲线上可以找到最大的辐射骚扰值的位置，并可将其打印出来。

航空转台通用控制系统设计与研究型、电机类型、编码器点数精确到具体转台。

下位机平台分为数据处理模块、位置跟踪模块、速率校准模块；上位机界面设有综合控制区、单轴控制区、角位置速率显示区、波形显示区。

软件系统由上下位机共同作用完成，可实现控制三个轴、任意两个轴或任意一个轴位置和速率等功能。

转台的精度控制基于误差控制理论，上位机给出的指令值与转台运转实际的反馈值之间的差值为误差，系统的精度目标就是使这个误差等于零，达到指令值等于反馈值。

该误差经过控制算法计算产生一个数字电压值，通过DA 转换为模拟电压输出给电机驱动器，电机驱动器根据给定的电压驱动转台各轴的电机，实现对电机的控制。

利用MATLAB 仿真环境，建立仿真模型，搭建算法控制器，通过算法不断计算，推导出最优的参数组合，实现控制系统的精确控制。

3 通用控制系统原理分析3.1 通用控制系统控制结构通用控制系统主要由电流环闭合回路与位置环闭图2 控制回路图1 控制系统结构图图3 数字PID 控制器原理图图4 通用转台软件结构框图调试程序通过对转台控制系统进行参数整定，根据PID控制算法调节系统的数学模型，通过定点试验方法分别找出最合理的KP与KI数值,得到最完美的算法模型，调试过程通常采用一个参数不变调试另一个参数的办法，不断根据测试状态缩小的数值，且每台转台每轴都需要提前进行大量的调试，调试出固定参数，将得到的数学参数烧写到DSP+FPGA组合控制模块。

控制程序根据已经固定的数学参数模型，通过DSP+FPGA组合控制模块对控制系统执行元件输送特定的命令，并通过DA数字信号转换为模拟信号，此信号作为电机驱动器输入，控制着电机驱动器对相应的电机进行指令控制，控制转台按照控制程序给出的控制指令进行运动，从而实现控制转台的速度、位置、模式、状态写入的功能，此前根据转台的差异性选择不同的转台，同时，程序也会进行判读是否转台选择正确，根据反馈数据分析出问题所在，给出错误提示，及时进行位置制动，防止出现图5 通用转台控制系统界面图结语通过将通用控制系统进行台体选型、电机选型、编码器选型区分出控制台体类型；通过将通用控制系统进行分模块设计，实现任意一轴单独运转、任意两轴运转及三轴连续运转，实现多轴精确定点控制；通过给出任意一轴目标位置及目标速度，实现台体定速、定点运行。

转台设计流程
转台设计是指对转盘等转动设备进行设计的过程。

一般来说，转台设计流程包括以下几个步骤：
1.需求分析：明确用户的需求和要求，包括转台的用途、转动角度范围、最大承载能力、转速要求等。

2.初步设计：根据需求分析，进行初步设计，包括确定转台的结构形式（如平台式、筒式、光滑环式等）、材料选择（如钢铁、铝合金等）、驱动方式（如电机驱动、液压驱动等）等。

3.详细设计：在初步设计的基础上，进行详细设计，包括转台的内部结构设计、传动机构设计、控制系统设计等。

同时，需要考虑转台的稳定性、刚度、精度等参数。

4.制造加工：根据详细设计，进行转台的制造和加工工作，包括构件的加工、装配等。

5.系统调试和测试：对制造好的转台进行系统调试和测试，检验其性能和功能是否符合设计要求。

6.优化改进：根据测试结果，对转台进行优化改进，包括结构改进、控制系统参数调整等。

7.交付使用：经过优化改进后，将转台交付给用户使用，并提供必要的操作说明和维护保养手册。

以上是常见的转台设计流程，具体的设计流程可能因转台的不同类型和应用领域而有所差异。

具表面温度能够反映刀具切削过程中的温度变化,且反映刀具破损时的温度骤增,可作为判断刀具破损的手段。

但实际生产加工中,温度测量点的位置不同会导致温度测量的数据不同,必须保证温度测量点的位置相对不变化。

(4)利用红外温度传感器测量铣削加工时的刀具表面温度只是对监测项目的初步尝试,刀具表面温度只是间接反映出铣削加工时刀具的磨损状态,并不反映刀具切削区的真实温度以及刀具温度场的分布情况,需要进一步研究和探索。

参考文献1 Faleh A Al Sulai man,M Abdul Baseer et a l .Use of electrical power for online monitoring of tool condi tion.Journal of Mater-i als Processing T echnology,166:2005,364~3712 刘战强,黄传真,万 熠等.切削温度测量方法综述.工具技术,200236,3~63 陈 明,袁人炜,薛秉源.铝合金高速铣削中切削温度动态变化规律的试验研究.工具技术,2000,14:7~104 M asahiko Satoa,Takashi Ueda,Hisataka Tanaka.An exper-i mental technique for the measurement of temperature on CBN tool face in end milling.International Journal of Machine Tools &M anufacture,20075 陈东生,李尚政.红外测温仪在车削工件温度场监测中的应用.传感器技术,2002(10):55~586 曹伟青.B 样条模糊神经网络在刀具故障诊断中的应用.西南交通大学硕士研究生学位论文,2005第一作者:范 伟,上海交通大学机械与动力学院,200240上海市Author :Fan Wei,College of Mechanical Eng i neering of Shang -hai Jiaotong Universi ty,Shanghai 200240,China收稿日期:2007年12月用于高精度数显时栅转台的全自动测控系统高忠华 彭东林 王先全 董 淳重庆工学院摘 要:设计了一种集数据采集、处理和控制于一体的数显时栅转台全自动测控系统。

基于PLC的流水线转台控制系统设计流水线是工业生产中常见的自动化生产线，其主要用于完成产品的加工、组装等生产过程。

而流水线转台控制系统作为流水线生产中的一个重要组成部分，其作用是控制流水线上的转台运动，使得产品能够按照设定的路径进行移动和处理。

在过去的生产过程中，流水线转台控制系统通常采用传统的电气控制方式，但是这种方式存在着诸多问题，例如控制精度低、响应速度慢、维护成本高等。

为了解决这些问题，人们开始研究基于PLC的流水线转台控制系统，通过PLC控制器来实现对流水线转台的精确控制和管理，提高生产效率和质量。

的主要目的是实现流水线上转台的运动控制，使得产品能够按照预定轨迹进行移动和加工。

在传统的电气控制系统中，通常采用接触器、继电器等元件进行控制，但是这种方式存在着许多不足之处，如控制精度不高、响应速度慢、可靠性差等。

而基于PLC的控制系统则能够通过编程实现对转台的精确控制，提高生产效率和产品质量。

基于PLC的流水线转台控制系统设计通常包括硬件设计和软件设计两个方面。

在硬件设计方面，需要选择适合的PLC控制器、传感器、执行器等硬件设备，并设计合适的电气控制线路和接口电路，以实现对流水线转台的电气控制。

在软件设计方面，需要编写PLC程序，实现对流水线转台的运动控制、参数设置、故障诊断等功能。

通过硬件设计和软件设计的协同配合，可以实现对流水线转台的精确控制和管理。

在硬件设计方面，基于PLC的流水线转台控制系统通常采用模块化设计，将PLC控制器、传感器、执行器等硬件设备模块化安装在流水线上，便于维护和更换。

其中，PLC控制器作为控制系统的核心，负责接收传感器采集的信号、根据预设程序控制执行器的运动，实现对流水线转台的精确控制。

而传感器则用于检测转台的位置、速度等信息，将这些信息反馈给PLC控制器，以实现对转台位置和运动状态的监控。

执行器则根据PLC控制器的指令，驱动转台进行运动。

在软件设计方面，基于PLC的流水线转台控制系统需要编写PLC程序，实现对转台的运动控制、参数设置、故障诊断等功能。

基于STM32H743的仿真转台控制器设计引言：仿真转台是一种常用于仿真实验和测试的设备，它可以通过控制转动角度和速度来模拟各种场景。

本文将介绍一种基于STM32H743的仿真转台控制器设计方案，详细阐述其硬件设计和软件实现。

设计方案：1.硬件设计：该控制器的主控芯片选择了STM32H743，其具有丰富的外设和强大的计算能力。

其他硬件组成包括电机驱动模块、传感器模块、通信模块等。

电机驱动模块：采用了一款高速、高精度的电机驱动芯片，可通过PWM信号控制电机的速度和转动角度。

传感器模块：可选用陀螺仪、加速度计等传感器实时感知转台的角度和速度。

通信模块：可以选择串口、以太网或无线传输模块与上位机进行通信，以接收控制指令和发送状态信息。

2.软件实现：软件设计分为两部分，一部分运行在控制器中，另一部分运行在上位机中。

控制器程序：控制器程序主要负责接收上位机发送的控制指令，控制转台的运动，并实时采集传感器数据进行反馈。

具体实现步骤如下：a.初始化控制器和外设，包括设置STM32H743的时钟、GPIO配置、中断等。

b.通过通信模块接收上位机发送的控制指令。

c.根据控制指令生成PWM信号，控制电机的速度和转动角度。

d.定时采集传感器数据，包括角度和速度。

e.将采集到的传感器数据通过通信模块发送给上位机。

f.通过中断处理用户输入，实现功能扩展，例如调节转台速度、切换转台模式等。

上位机程序：上位机程序主要负责向控制器发送控制指令并接收传感器数据，以实时显示控制结果。

具体实现步骤如下：a.初始化串口、以太网或无线传输模块，建立与控制器的通信连接。

b.设计界面，包括控制指令输入窗口、传感器数据显示窗口等。

c.监听用户输入，例如设置转台运动参数、发送控制指令等。

d.发送控制指令给控制器，控制转台的运动。

e.接收控制器发送的传感器数据，并实时更新传感器数据显示窗口。

f.响应用户输入，例如设置转台速度、切换转台模式等。

结论：本文介绍了一种基于STM32H743的仿真转台控制器设计方案。

华中科技大学硕士学位论文AbstractTurntable is one of the important devices to test the inertial element. As the development of the technology, all kinds of applications put forward higher request to the precision of the inertial element, so turntable should improve its performance to match up. The thesis choose TMS320F2812 as the core of the control system, design the turntable angle measurement instrument with computer , based on a real project.The paper sketch source and task of the project, analyze main problem of the control system, and explain the whole project in detail. The whole project is designed by fulfilling the hardware design project and software design project.The paper’s keypoint is to build a hardware platform for the control system wish TMS320F2812, using L6203 to drive the Dc torque motor in the turntable, supplying the excitation signal for the resolver from the turntable, and using the customized RDC module to demodule the output from resolver.The paper also provide the design project of computer software and operating interface of it. The development of the project and the problem occurred in the process of debug are given at the end of the thesis, including the solution.Key words: Dc torque motor Resolver Turntable DSP control system独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

毕业设计（论文）-二维加速度转台控制系统设计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 hardware, is usedfor 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-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-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 on 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-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, I use the PC interface to complete the process of ControlsimulationKeyword：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 1国外仿真转台的发展现状 1国内仿真转台的发展现状 21.3 论文结构安排 (3)2 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 4伺服控制系统 4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7变频电机系统的硬件设计7交流变频调速电机7EV3000 变频器83. 2 基于 PMAC 伺服控制系统的设计9伺服控制系统硬件设计9伺服驱动器12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19变频器通信协议 19控制程序编写224.4 上位机控制界面设计 274.5 二维加速度转台控制系统工作过程简述29 4.6 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。

转台控制系统设计要求1、采用西门子PLC设计转台控制系统。

2、通过控制升降电机的启停、正、反转实现转台的上升和下降（正传上升，反转下降），并且具有上升到位和下降到位的自动停止显示功能。

3、通过控制转台驱动电机的启停、正反转实现转台的连续正传、连续反转、点动正传、点动反转等功能，并且要求这四个功能必须互锁，且能够指示是那种工作状态,,能够显示转台转动角度。

4、转台应该具有急停功能，实现紧急情况下的系统停止功能。

5、撰写设计说明书，包括总体设计方案，元器件的选型，PLC输入输出地址分配，PLC的接线图，电机、电源，变频器等其他元件的接线图，PLC程序梯形图。

6、最后出一张A1图纸，主要是控制系统的电器接线图。

转台驱动电机为交流异步电动机1.5KW，升降电机大概0.55KW左右。

只控制升降电机的启停，正反转。

转台电机通过变频器调速，变频功率可选1.5KW开环矢量型变频器。

制动器装在减速器的输出轴上，为直流24V驱动，额定电流为6.33A，功率200W,因此需要电流10A左右的直流24V电源，给制动器供电，同时给PLC供电。

旋转编码器安装在减速器的输出轴上。

减速器为一轴输入，两轴同速输出型，上面的输出轴接转台，下面的输出轴接旋转编码器，中间通过弹性联轴器连接，调整比较方便。

控制系统的控制对象：1. 1.5KW变频器，控制转台电机的启动停止以及调速。

调速控制可选变频器的多段速，此时根据段速多少，占用PLC两到三个数字量输出点。

调速控制也可以选择485接口通信控制，此时速度连续可调，由于226的PLC只有两个485接口，这种情况下考虑跟文本显示器共用一个485接口。

同时变频器的启停控制用到PLC的两个数字量输出点。

绝对式旋转编码器用到PLC的10个数字量输入点。

2. 0.55KW的升降电机，控制其启停和正反转。

开关量控制。

占用PLC两个输出点。

上下限位开关占用PLC两个输入点。

3. 制动器的启停。

开关量控制，占用PLC一个输出点。

转台计算机伺服控制系统设计飞行仿真转台为高精度的复杂控制系统, 是地面半实物仿真的关键设备, 用以模拟飞行器在空中的各种动作和姿态, 包括偏航、滚转和俯仰, 实际上是一种电信号到机械运动的转换设备。

把高精度传感器如陀螺仪、导引头等安装于转台之上, 将飞行器在空中的各种姿态的电信号转化为转台的三轴机械转动, 以使陀螺仪、导引头等敏感飞机的姿态角运动。

”高频响、超低速、宽调速、高精度”成为仿真转台的主要性能指标和发展方向。

其中, ”高频响”反映转台跟踪高频信号的能力强; ”超低速”反映系统的低速平稳性好; ”宽调速”可提供很宽的调速范围; ”高精度”指系统跟踪指令信号的准确程度高。

1 转台系统介绍图1是国产某型号三轴转台, 除外框为音叉式结构外, 内、中框均为闭合式结构, 三框可连续旋转, 驱动均采用电动机。

被测陀螺安装于内框上, 其输入输出电信号经过导电环从外框底座引出。

三框的物理定义是: 内框代表滚转、中框代表俯仰、外框代表偏航, 三框同时动作便能够模拟陀螺仪在三维空间的真实动作和姿态。

图1 三轴模拟转台及其示意图系统的驱动部分为: 外框采用一个直流力矩电动机; 中框采用两个电气并联同轴连接的直流力矩电动机; 内框采用一个直流力矩电动机。

这些电动机由各自的脉冲调宽放大器( PWM) 提供可控直流电源。

三框各有一个测速发电机和一个感应同步器, 用以实时检测框架的旋转角速度和角位置。

不同用途的测试转台的对性能指标的要求也不同。

一般转台的主要技术指标包含: 静态精度( 达到千分之几度) 、角速度范围( 从千分之几度/秒到几百度/秒) 、频率响应要求较宽, 并具有一定的负载能力要求, 且三个框架都具有最大速率的限制。

2 三轴测试转台的总体控制结构转台三个框架的控制是相互独立的, 因此转台的控制系统能够采用如图2所示的原理方案。

该系统为上下位机结构的计算机控制系统。

以一台工控机作上位机, 实现对伺服系统的监控、检测和管理。

摘要三轴仿真转台是具有重大经济价值和国防战略意义的高精尖仿真试验设备，在各种飞行器的研制过程中起着极其重要的作用。

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。

是保证航空、航天型号产品和武器系统精度及性能的基础。

因此，三轴仿真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意义。

本文对一些装配关系进行了二维或者三维的建模，，对转台的机械结构进行设计，并对一些以及相关元件的选型，首先研究了三轴仿真转台主要载荷的计算方法，其中包括惯性载荷的计算、摩擦载荷的计算、重力载荷的计算及载荷的综合。

研究了驱动元件及驱动方式的选择原则和方法，其中将直接驱动与间接驱动进行了比较，对直流伺服电动机、交流伺服电动机、力矩电机、步进电机、同步电机的特点进行了比较，指出了选用方法。

阐述了转台的机械结构及为了保证三轴仿真转台各项性能指标在设计及工艺上采取的措施。

还研究了影响三轴仿真转台仿真精度的常见因素: 指向误差、速率稳定度误差、幅相误差，根据误差分析的结论，指出了设计、制造、装配三轴仿真转台时应做的几点考虑。

关键词: 三轴仿真转台；结构设计；动力学；仿真AbstractThree-axis motion simulator is a sophisticated simulation equipment has significant economic value and strategic importance of national defense , plays an extremely important role in the development process in a variety of aircraft . Aerospace field , inertial navigation and guidance technology is a core technology , triaxial inertial component test turntable and semi -physical simulation of important non-standard equipment , its performance has a direct impact on the reliability and confidence of simulation and testing. Is the basis for the aviation, aerospace products and weapon system accuracy and performance . Therefore, the research and manufacture of three-axis motion simulator is of great significance for the development of the aerospace industry and national defense construction .In this paper, the relationship between some of the assembly of two-dimensional or three-dimensional modeling of the mechanical structure of turntable design, as well as the selection and number of related components , the first study of the calculation method of the main load -axis motion simulator , including inertial load calculation , the calculation load of the friction , gravity loads and loads the calculated integrated . Studied the principles and methods of selecting the drive element and drive mode , in which the direct and indirect drivers drive were compared to the DC servo motors , AC servo motors, torque motors , stepper motors, synchronous motors characteristics were compared , pointed out selection methods. Describes the mechanical structure and the turntable design and measures in order to ensure that the process adopted by the three-axis motion simulator performance indicators .Also studied the common factors that affect the accuracy of three-axis motion simulator simulation : the pointing error , the error rate stability , amplitude and phase error , error analysis based on the conclusions , pointing out a few points to consider the design, manufacture , assembly should be done in three-axis motion simulator . Keywords Three-axis motion simulator; structural design; dynamics; Simulation摘要 (1)Abstract (2)1．绪论 (4)1.1 引言 (4)1.2转台在航空、航天、国防、工业上的应用状况 (4)1.2.1转台在航空、航天领域的应用状况 (4)1.2.2转台在国防上的应用状况 (5)1.2.3转台在工业上的应用状况 (6)1.3国内外转台技术的研究状况 (7)1.3.1国外转台的发展状况 (7)1.3.2国内转台的发展状况 (8)1.4转台的分类 (9)1.3.4课题意义 (10)1.4本课题的主要研究内容 (11)2 三轴转台的方案设计 (12)2.1 三轴转台的结构概述 (12)2.2三轴转台技术指标 (12)2.3 总体结构与驱动设计 (13)2.3.1 总体结构方案 (13)2.3.2驱动设计 (14)2.3.4支承设计 (14)2.3.5控制装置 (15)3三轴转台的机械设计 (16)3.1电机选型 (16)3.1.1直流力矩电机的性能特点 (16)3.1.2 惯性载荷的设计计算 (16)3.2驱动器选用 (20)3.3轴的设计校核 (21)3.3.1轴向固定方式的选择 (21)3.3.2外框轴的设计 (22)3.3.3中框轴的设计 (27)3.3.4外框轴的设计 (27)3.4键的设计 (28)3.4.1内框中键的设计 (28)3.4.2中框键的设计 (28)3.5限位装置设计 (30)3.6台体结构设计 (31)3.6.1基座结构设计 (31)3.6.2框架 (31)3.7中框轴的强度校核 (32)4数字转台的动力学仿真 (35)5结论与展望 (37)参考文献 (38)1．绪论1.1 引言导弹与航天技术是现在科学技术中发展最快的高技术之一，在早期的飞行器（包括导弹）研制过程中，需要进行多次的现场实验，这不仅浪费了大量的人力、物力和财力，而且由于各种干扰因素的影响和环境的限制，很难得到准确和完整的实验数据和规律。

南京工业大学学士学位论文数控转台试验台控制系统设计摘要数控转台的出现为加工中心和数控铣床提供了回转坐标，通过第四轴、第五轴驱动转台或分度头完成精密角度的等分、不等分或连续的回转加工，完成复杂曲面加工，使机床的加工范围得以扩大。

数控转台是加工中心、数控铣床等数控机床的重要功能部件之一。

研究转台可以全面提升数控转台性能及产业化质量。

本课题的主要是对实验室中的转台试验台进行测试、调整，以达到转台控制系统性能良好，硬件模块工作稳定、可靠的目的。

本文从应用的角度出发，基于PLC控制系统的设计对数控转台控制系统方案设计，硬件选型，硬件电路以及软件设计作了综述和讨论。

本文介绍了该控制系统的整体结构、系统构成和工作原理。

通过PLC进行逻辑控制，由变频器进行转速调节。

本文在系统的设计部分，对硬件系统配置、选型和软件系统的流程设计、程序设计进行了详细的介绍，并指出了系统设计过程中存在的问题，给出相关解决方法。

本文对系统的设计要求进行了深入而详细的讨论，在控制系统的基础上通过对传感器的测试性能和被测量的各个量程范围与模拟量数字量的定义的分析进行硬件传感器的选型，并画出了传感器布置图，确定每个传感器的位置；同时也可以确定每个模拟量、数字量、开关量与S7-300扩展模块的对应关系，以方便画出接线图。

在硬件设计中详细的介绍了控制器、电机、变频器及各类电气元件的选型和各类传感器的比较，每种传感器都选择了三个不同厂家的产品进行比较，以得到最适合系统中被测量的传感器。

通过上述选型及比较得到了数控转台试验台的结构图、S7-300扩展模块的数据采集接线图、传感器需求表和传感器布置图。

在软件设计中，本文研究的数控转台控制系统的软件使用的是WINCC，在文中该软件主要是对转台试验台的控制与监测部分进行研究，主要功能包含转台试验台的各个被测量的数据实时显示，生成曲线趋势图，有超限报警功能，有打印报表、与下位机通讯等功能。

软件设计步骤包括控制方案设计，控制流程设摘要计，软件界面设计，程序的组态及应用，显示采集信号的波形，添加报警提示功能等。