转台控制系统设计要求

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。

舞台机械系统设计方案1. 引言本文将详细介绍舞台机械系统设计方案。

舞台机械系统是现代舞台表演的重要组成部分，其作用是提供舞台上演员和表演物件的移动和变化效果。

为了达到良好的舞台效果，舞台机械系统需要具备稳定性、安全性和灵活性。

2. 设计目标舞台机械系统设计的主要目标是实现以下功能：1.演员和舞台道具的准确移动和定位。

2.快速、安全地调整舞台布景。

3.提供符合剧目需求的动态舞台效果。

4.提供舞台灯光、音响等设备的整合。

为了满足这些目标，设计方案将包括机械结构设计、控制系统设计和安全保护措施设计。

3. 机械结构设计舞台机械系统的机械结构设计主要包括舞台、舞台转台、升降台和吊杆等组成部分。

3.1 舞台设计舞台应具备足够的空间容纳演员和表演物件，并具备稳定的承重能力。

舞台地面应采用防滑材料，以保证演员的安全。

此外，舞台的侧面应设计各种固定支架，用于固定灯光、音响等设备。

3.2 转台设计舞台转台用于实现舞台上大型道具、演员的旋转和平移。

转台应具备平稳运行、定位准确的特点。

为了保证转台运行的平稳性，可以采用液压驱动系统，确保转台的加速度和减速度均匀。

3.3 升降台设计升降台用于控制舞台高度的变化，以适应不同剧目的需要。

升降台应具备高度调节精确、运行平稳的特点。

采用液压升降系统可以实现高度的精确控制。

3.4 吊杆设计吊杆用于悬挂灯光、音响等设备，并实现其高度和角度的调整。

吊杆应具备稳定承载能力和灵活调整的特点。

采用电动升降系统和旋转系统可以实现吊杆高度和角度的实时调整。

4. 控制系统设计舞台机械系统的控制系统设计是保证机械结构正常运行和舞台效果准确呈现的关键。

控制系统应实时监测各个机械部件的状态，包括位置、速度和运行状态等，并根据剧目需求进行控制。

主要的控制系统设计方案如下：1.使用PLC控制器进行整个舞台机械系统的协调控制。

2.通过传感器实时监测机械部件的运行状态，并传输数据给控制系统。

3.设计人机界面，提供舞台控制的图形化界面，方便操作员进行控制和监测。

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，其输入输出电信号通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，三框同时动作便可以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可以采用如图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。

上位机提供操作者的人机界面，实现对整个转台系统的在线检测、安全保护、性能检测和系统的运动管理以及数据处理。

半电波暗室转台设计
1. 结构设计，转台的结构需要稳固，能够承受设备的重量并确
保转动时的稳定性。

材料的选择和结构的设计需要考虑到机械强度
和耐久性。

2. 转动机构，转台需要有一个可靠的转动机构，能够精确控制
设备在不同方向上的转动角度。

同时，转动机构的设计也需要考虑
到噪音和振动的控制，以确保测试的准确性。

3. 电磁屏蔽，半电波暗室需要在设计中考虑到对电磁波的屏蔽，以避免外部干扰对测试结果的影响。

转台本身也需要考虑到电磁屏
蔽的要求，以确保测试的准确性。

4. 控制系统，转台需要配备一个可靠的控制系统，能够精确控
制转台的转动角度，并能够与测试设备进行联动，以实现自动化的
测试流程。

5. 安全性考虑，转台设计需要考虑到操作人员的安全，在转动
过程中需要采取相应的安全措施，以避免意外伤害的发生。

综上所述，半电波暗室转台设计涉及到结构设计、转动机构、电磁屏蔽、控制系统和安全性考虑等多个方面。

在设计过程中需要综合考虑这些因素，以确保转台能够满足电磁兼容性测试的要求，并能够提供可靠的测试环境和准确的测试结果。

陀螺转台的伺服系统设计院系自动化学院专业自动化班级4407202学号200403072045姓名杨林指导教师张红梅负责教师沈阳航空工业学院2008年6月摘要陀螺仪表试验转台是一种航空仪表地面现场测试的专用设备，主要由高精度转台和控制系统组成。

本文主要设计了转台的控制系统。

首先介绍了陀螺转台的结构及工作原理，然后基于陀螺转台的工作原理设计出转台控制系统的原理图，再根据转台控制系统的原理图，对系统的各组成环节进行建模，最后得出各环节的数学模型。

经过分析得出转台控制系统共由五部分组成，分别是：比较环节、校正环节、检测环节、晶闸管整流装置和直流力矩电机。

转台控制系统主要完成对角位置信号的跟踪。

本次设计的主要目的是提高转台的控制精度，改善系统的动态品质。

基于MATLAB/SIMULINK对系统进行仿真研究，并完成软件的调试。

仿真结果表明本设计能够完成转台的角位置跟踪。

关键词：陀螺转台；控制系统；SIMULINK仿真AbstractGyro testing turntable is the appropriation equipment used to test the special ground aviation equipment, it is made of high accuracy turntable and the control system. The design is mainly about turntable control system. First, it introduces structure and working principle of gyro turntable, then, based on the principle gyro turntable, design a schematic of turntable control system, according to the schematic of turntable control system’s principle, set up the model of system's parts, at last, got the math modeling of each part. After analysis, turntable control system is from a total of five parts. namely: comparing links, links correction, testing links, SCR devices and DC torque motor. The turntable control system to complete the main diagonal position signal tracking. The design of the main purpose is to improve the accuracy of the control table and improve the quality of the dynamic. The system is imitated by the soft ware MATLAB/ SIMULINK and completed software debugging. The simulation results show that the designed system to complete the corner location tracking.Keywords: Gyro platform; control system; SIMULINK simulation符 号 表em T电机转矩 N·m e V 实际误差速度 L T 负载转矩N·m R 给定角速度 e Φ 电动势常数Wb f R 反馈角位置 a i 电枢电流A e P 实际误差 a u 电枢电压V K U 触发电路的控制电压 P 磁极对数d U 晶闸管整流桥输出电压 N 电枢绕组的总导线数θ 输出角位置 a E感应电动势 V )(1s G 位置调节器的传递函数 n电动机转速 r/s )(2s G 速度调节器的传递函数 a R电枢电阻 Ω )(s H V 速度检测器的传递函数 M T 机电时间常数 )(s H p 位置检测器的传递函数a T电气时间常数 )(s W s 晶闸管整流装置的传递函数 C V 给定速度 ω 电机角速度rad/s f V反馈速度目录第1章绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 陀螺的发展简史 (4)1.3 转台的国内外发展概况 (4)1.4 转台的发展趋势 (5)1.5 本文研究的主要内容 (5)第2章陀螺转台的主要组成及功能 (7)2.1 陀螺测试转台结构及其控制系统介绍 (7)2.2 转台的主要功能 (8)2.3 转台的电机部分 (9)2.3.1 直流力矩电动机的发展现状 (10)2.3.2 力矩电动机的结构特点 (10)2.3.3 直流力矩电机模型分析 (11)第3章位置伺服系统控制技术 (14)3.1 不同系统的位置控制方式 (14)3.2 运动控制系统 (16)第4章转台控制系统设计 (19)4.1 比较环节 (19)4.2 校正环节 (19)4. 3 检测环节 (21)4. 4 晶闸管整流装置 (21)4. 5 执行电机 (23)第5章仿真软件介绍 (25)5.1 SIMULINK简介 (25)5.2 SIMULINK的优点 (25)5.3建立子系统的方法 (26)5.4 仿真算法介绍 (26)第6章转台控制系统仿真 (28)6.1 转台控制系统的软件设计 (28)6.1.1 永磁式直流力矩电机子系统的建立 (28)6.1.2 控制器模型及参数选择 (29)6.2系统的仿真参数设置 (30)6.3 系统的仿真及结果分析 (32)6.4 负载突加扰动 (34)6.5 与单闭环系统的比较 (36)6.5.1 单闭环位置跟踪系统的仿真 (36)6.5.2 单闭环位置跟踪系统负载加扰动 (38)6.5.3 单闭环和双闭环控制系统比较 (40)结论 (41)社会经济效益分析 (42)参考文献 (43)致谢 (45)第1章绪论1.1课题背景对于现代高技术战争来说，武器的命中精度是最主要的指标之一。