1、飛行模擬轉臺設計 學生姓名： 李 江 班級：指導老師：高延峰老師摘要：飛行模擬轉臺是航空航天仿真試驗的重要設備之一，近年來仿真技術的發展對飛行模擬轉臺提出了更高的要求，同時也促進和飛行模擬轉臺的開發。飛行模擬轉臺是具有重大經濟價值和國防戰略意義的高精尖實驗設備，它是在實驗室條件下模擬飛行器或導彈在空中飛行姿態半實物仿真的有力工具，它和目標發生裝置組合在一起模擬導彈跟蹤目標的過程，可以真實地模擬出導彈等飛行器在空間的各種姿態和動力學特性，從而對其傳感器件、控制系統和執行機構等硬件設備的性能加以測試和評價，為飛行器的研制、改進和再設計提供各種參考依據。它的性能指標直接關系到飛行仿真結果的逼真度。隨

2、著當前國際形勢的日益嚴峻和我國現代軍事技術的不斷發展，對模擬轉臺的精度要求不斷提高。作為一種高精度的運動仿真設備，其臺體動態特性直接影響到轉臺動態仿真的可靠程度。在設計階段對機械臺體進行動態特性分析和優化設計，尤其是對框架等結構支撐部件的動態特性研究和結構優化設計十分重要。本文主要介紹液壓模擬轉臺，包括設計特點和主要性能，并對主要指標的測試情況作了簡單介紹和分析。關鍵字：飛行模擬轉臺 航空航天 仿真 指導老師簽名：Hydraulic flight simulation turntableThe students name: Li jiang class: Teacher: GaoYanFeng

3、Abstract: 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

4、 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

5、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 desig

6、ned 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.

7、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 chara

8、cteristics 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 simu

9、lation turntable aerospace simulationSignature of supervisor:目錄1. 緒論11.1 選題的依據及意義11.2 國內外研究概況及發展趨勢12 . 單片機控制系統設計22.1 單片機的選用及功能介紹22.2 片外存儲器功能簡介32.3 顯示與鍵盤部分設計42.4 交流異步電動機變頻調速系統6 2.4.1 交流異步電動機變頻調速原理7 2.4.2主電路和逆變電路工作原理7 2.4.3 變頻與變壓10 2.4.4 電動機與單片機的接口122.5 位移和轉速檢測部分的設計13 2.5.1 位移檢測傳感器和轉速檢測傳感器的選用13 2.5.2

10、光柵位移和轉速傳感器與單片機的接口設計143 機械結構與液壓傳動系統設計173.1升降系統結構分析18 3.1.1液壓缸結構18 3.1.2 液壓缸零部件分析21 3.1.3油缸的壁厚校驗233.2 傳動系統結構分析與計算24 3.2.1 電動機的選擇24 3.2.2.2軸尺寸設計27 3.2.3 鍵的選擇與校核29 3.2.4 皮帶的選擇303.3 液壓系統分析33 3.3.1液壓系統33 3.3.2 液壓泵與電動機的選擇34結論36參考文獻37致謝381. 緒論1.1 選題的依據及意義隨著飛機和導彈的快速發展，要求其具有更高的性能和穩定性,這就要我們通過對他們的性能參數進行測量評估進而進行

11、改進，但一架真正的飛機或一枚導彈的成本太高,我們不可能也沒有必要用一架真正的飛機或導彈來進行實驗采集數據,這就要求我們采用一些比較合理的實驗裝置來實現飛機或導彈的飛行狀態，這樣飛行模擬實驗轉臺得以發展。該轉臺可以將重物放在其上面也可以用來對飛行員進行培訓，因為它可以模擬飛機在空中飛行的各種姿態。該裝置的出現既達到了對飛機或導彈性能參數的采集，進而改進，在成本上遠遠低于一架飛機或導彈的價格，對飛機和導彈的發展具有不可估量的價值。1.2 國內外研究概況及發展趨勢目前,大部分飛行模擬轉臺采用串聯式機構,而本設計則采用并聯式機械機構來實現的。采用并聯機構其承載能力大,機構簡單。本機構由上下兩個工作平臺

12、,下平臺固定在地面上,上平臺用來放待實驗的物品,在上下平臺之間采用三個液壓缸連接,通過液壓缸上聲高度的不同,來實現上平臺的傾斜,而上平臺可由電動機帶動旋轉從而達到模擬飛機在飛行過程中的各種狀態。飛行模擬器研制及應用被認為是飛行模擬技術發展的基礎性工程和關鍵環節，一直受到世界各國尤其是發達國家的高度重視。美國是世界上最早開展飛行模擬器研究和應用的國家，在技術和數量上一直居領先地位。據統計，美國的飛行模擬器研制和采辦費用每年增長一倍，僅1995年2000年的費用就高達36億美元。俄羅斯同樣是世界上的飛行模擬大國和強國，他們的所有飛機都配備有相應的飛行模擬器，僅空中飛行模擬器就有20余種，其中包括先

13、進的空地綜合飛行模擬系統。值得提出的是，俄羅斯在飛行模擬器的基礎理論研究，特別是人-機工效學和飛行員建模與仿真等方面都名列前茅。英、德、法等國的飛行模擬器研制及應用也始終處于世界先進行列。 我國在飛行模擬器研制及應用方面雖然起步比美、俄、英法等國較晚，但仍是世界上發展飛行模擬器較早的國家。于20世紀60年代開始使用射擊練習器和儀表飛行練習器，并建立了研究用飛機控制系統模擬試驗臺、航空發動機模擬試驗臺。20世紀80年代發展更快，先后研制成功了一系列研制用飛行模擬器和工程用飛行模擬器，并普及設計、制造和使用了各個機種的飛行模擬訓練器。出此，我國還是世界上少數能夠設計和建造空中飛行模擬器的國家之一，

14、所以可堪稱為“飛行模擬器大國”。2 . 單片機控制系統設計飛行模擬實驗轉臺的控制系統可以是微機、單片機、可編程控制器等，考慮到本次設計的飛行模擬實驗轉臺僅有3個液壓缸和一個電動機，控制器需要進行的運算量不大，而且本系統提供的功能并不復雜，單片機MCS-51足以。所以從節省成本的角度出發選擇了單片機控制系統。將本次單片機的控制系統劃分為以下幾個模塊：顯示部分逆變電路單片機位移和轉速檢測電路片外存儲器鍵盤部分光電隔離驅動電路電動機圖2-1 單片機模塊圖2.1 單片機的選用及功能介紹MCS-51系列單片機是美國INTEL公司在1980年推出的8位單片微型計算機。其典型產品有8031、8051和875

15、1三種機型，除片內程序存儲器的容量不同外，其內部結構與引腳完全相同。在此我們選用了較為常用的8051芯片。其引腳示意圖如圖3.1-1所示：MCS-51系列單片機由微處理器、存儲器、定時器/計數器、串行和并行的I/O接口、中斷系統合振蕩器構成。8051的P0.0P0.7這8根引腳采用分時復用的方法作低8位地址線與雙向8位數據線；P2.0P2.4這5根引腳在訪問片外存儲器或擴展I/O接口時，提供高位地址；P2.5P2.7和P1.0這4根引腳接2片74LS138譯碼器，產生片選信號；引腳ALE接地址鎖存器74LS373、8155、8279和SA4828的使能端；EA/VPP端因不訪問片內存儲器而接地

16、；X1、X2接6MHz的晶振；RESET端接重啟電路。82.2 片外存儲器功能簡介片外存儲器擴展包括程序存儲器（ROM）擴展和數據存儲器（RAM）擴展。MCS-51系列單片機具有64KB的程序存儲空間，其中8051、8071片內有4KB的程序存儲器，8031片內無程序存儲器。當采用8051、8071型單片機而程序超過4KB，或采用8031單片機時，就需對程序存儲器進行外部擴展。外部程序存儲器的擴展原理如圖2-2所示：2指令EPROMP0口ALEP2口 數據輸出鎖存器數據輸入 圖2-2 外部程序存儲器擴展原理圖外部程序存儲器可選用EPROM、E2PROM、PAGED EPROM和KEPROM等。

17、紫外線擦除電可編程只讀存儲器EPROM，典型產品有Intel公司的系列芯片2716（2Kx8位）、2732A（4Kx8位）、2764A（8Kx8位）、27128A（16Kx8位）、27256（32Kx8位）和27512（64Kx8位）等，在這些芯片上均設有一個玻璃口，在紫外線下照射20分鐘左右，存儲中的各位信息均變為1。以后通過編程器可將這些程序固化到這些芯片中。如在實時數據采集和處理時，僅靠內部的RAM是遠遠不夠的，因此必須擴展外部數據存儲器。常用的數據存儲器有靜態RAM和動態RAM兩種。以下為靜態RAM與MCS-51的接口外部數據存儲器的擴展方法如圖2-3所示：2DD地址 RAMP0口AL

18、EP2口鎖存器譯 碼 圖2-3 外部數據存儲器的擴展原理圖6264是8Kx8位的靜態隨機存儲芯片，采用CMOS工藝制造，單一+5V供電，額定功率200mW，典型存儲時間200ns，為28線雙列直插式封裝。6264的A0A12這13條地址線與鎖存器的輸出及P2口對應線相連，6264的D0D7這8條數據線與8031的P0口對應相連，6264的和與8031的和對應，CS0接高電平。8按照這種片選方式，6264的8KB地址范圍不唯一，6000H7FFFH是一種地址范圍。當向該片6000H單元寫有個數據DATA時，可用如下指令：MOV A，#DATAMOV DPTA，#6000HMOVX DPTR，A從

19、7FFFH單元讀一個數據時，可用如下指令：MOV DPTR，#7FFFHMOVX A，DPTR上面討論的是8031擴展一片EPROM或RAM的方法。在實際應用中，可能需要擴展多片EPROM或RAM。本次設計要擴展8Kx8位的EPROM和8Kx8位的RAM各3片。當CPU通過指令MOVC A，A+DPTR發出讀EPROM操作時，P2、P0發出的地址信號應能選擇其中一片的一個存儲單元，即8片2764不應該同時被選中，這就是所謂的片選。我們采用了地址法譯碼，譯碼芯片為2片74LS138。總共可提供16個片選信號。2.3 顯示與鍵盤部分設計顯示設備有CRT、LCD、LED等，我們選用的是功能簡單的LE

20、D數碼管顯示器。LED顯示器由7條發光二極管組成顯示字段，有的還帶有小數點dp。將7段發光二極管陰極連在一起，稱為共陰接法，當某個字段的陽極為高電平時，對應的字段就點亮。LED要正常工作需要通過I/O接口芯片8155與8051相連。8155芯片內具有256個字節的RAM，兩個8位、一個6位的可編程I/O和一個14位計數器，與MCS-51接口簡單，是單片機應用系統中使用最廣泛的芯片。88155可以和MCS-51直接相連。8155的RAM和各端口地址如下：RAM的地址：000H00FFH命令口：0200HA口：0201HB口：0202HC口：0203H定時器低位：0204H定時器高位：0205H設

21、8051RAM中有6個顯示緩沖單元79H7EH，分別存放6位顯示器的顯示數據。8155的A口掃描輸出總有一位為高電平，8155的B口輸出相應位的顯示數據的段數據，使每一位顯示出一個字符，其余位為暗，依次改變A口輸出的餓高電平位及B口輸出對應的段數據，6位顯示器就顯示出緩沖器的顯示字符。程序清單如下：DIR： MOV R0，#79H ；顯示緩沖區首址送R0MOV R3，#01H ；使顯示器最右邊位亮MOV A，R3LD0： MOV DPTR，#0101H ；掃描值送入PA口MOVX DPTR，AINC DPTR ；指向PB口MOV A，R0 ；取顯示數據MOV A，#12H ；加上偏移量MOVX

22、 A，A+PC ；取出字形MOVX DPTR，A ；送出顯示ACALL DL1 ；延時INC R0 ；緩沖區地址加1MOV A，R3 ；JB ACC.5，LD1 ；掃到第6個顯示位了嗎？RL A ；沒有，R3左環移一位，掃描下一個顯示位MOV R3，AAJMP LD0LD1： RETDSEG： DB 3FH，06H，5BH，4FH，66H，6DH ；顯示段碼表DSEG1： DB 7DH，07H，7FH，6FH，77H，7CHDSEG2： DB 39H，5EH，79H，71H，73H，3EHDSEG3： DB 31H，61H，1CH，23H，40H，03HDSEG4： DB 18H，00H，00

23、H，00HDL1： MOV R7，#02H ；延時子程序DL： MOV R6，#0FFHDL6：DJNZ R6，DL6 DJNZ R7，DL RET鍵盤共設有32個鍵，由4條行線8條列線組成開關矩陣。對于開關矩陣的接法大多數單片機的入門教科書上大多是采用8155作為鍵盤I/O的接口芯片，但8155芯片不具備中斷請求輸出端，于是不得不采用鍵盤掃描程序不斷的檢測是否有按鍵被使用，這樣就給單片機造成了很大的運算負擔，運算量較大時有可能造成系統無法響應，所以我們在這里選用了專門用于鍵盤連接的8279芯片。 8279采用單一5V電源供電，40腳封裝。2.4 交流異步電動機變頻調速系統交流異步電動機因為結

24、構簡單、體積小、重量輕、價格便宜、維護方便的特點，在生產和生活中得到廣泛應用。與其他種類電動機相比，交流異步電動機的市場占有量始終第一位。然而，長期以來，交流異步電動機的調速始終是一個不好解決的難題。直到20世紀70年代，由于計算機的產生，以及近20年來新型快速的電力電子原件的出現，才使得交流異步電動機調速成為可能，并得到迅速的普及。9目前，交流異步電動機調速系統已廣泛用于數控機床、風機、泵類、傳帶機、給料系統、空調器等設備的動力源或運動源，并起到節約電能、提高設備自動化、提高產品產量和質量的良好效果。因此，交流異步電動機調速技術是現代自動控制專業技術人員必須要掌握的知識。現代流行的交流異步電

25、動機調速控制方法是變頻變壓法（VVVF）。這種調速方法的原理比較簡單，而且有20多年比較成熟的發展經驗，因此應用得較多，市場上也有較多的相關產品。2.4.1 交流異步電動機變頻調速原理根據電機學理論，交流異步電動機的轉速可由式(2-1)表示： (2-1)9式中: n-電動機轉速 p-電動機磁極對數 f-電源頻率 s-轉差率由上式可知，影響電動機轉速的因素有：電動機的磁極對數p、轉差率s和電源頻率f。其中，改變電源頻率來實現交流異步電動機調速的方法效果最理想，這就是所謂變頻調速。2.4.2主電路和逆變電路工作原理變頻調速實質上是向交流異步電動機提供一個頻率可控的電源。能實現這一功能的裝置稱為變頻

26、器。變頻器由兩部分組成：主電路和控制電路，其中主電路通常采用交-直-交方式，即先將交流電轉變成直流電（整流、濾波），再將直流電轉變成頻率可調的矩形波交流電（逆變）。圖2-42是主電路的原理圖，它是變頻器常用的最基本的格式。圖2-4 電壓型交-直-交變頻調速主電路（1）.主電路中各元件的功能主電路中各元件的功能如下。交-直電路整流管D1D6組成三相整流橋，對三相交流電進行全波整流。整流后的直流電壓U=1.35 x 380V = 513V2濾波電容Cr濾除整流后的電壓波紋，并在負載變化時保持電壓平穩。當變頻器通電時，瞬時沖擊電流較大，為了保護電路元件，加限流電阻Ra。延時一段時間后，通過控制電路使

27、開關JK閉合，將限流電阻短路。電源指示燈LP除了指示電源通斷外，還可以在電源斷開時，作為濾波電容Cr放電通路和指示。濾波電容Cr容量通常很大；所以放電的時間較長（數分鐘），幾百伏的高電壓會威脅人員安全，因此，在維修時要等指示燈熄滅后進行。Rc是制動電阻。電動機在制動過程中處于發電狀態，由于電路是處在斷開情況下，增加的電能無處釋放，使電路電壓不斷升高，將會損壞電路元件。所以，應給一個放電通路，使這部分再生電流耗在電阻Rc上。制動時，通過控制電路使開關管Tc導通，形成放電通路。直-交電路2逆變開關管T1T6組成三相逆變橋，將直流電逆變成頻率可調的矩形波交流電。逆變管可以選擇絕緣柵雙極晶體管IGBT

28、、功率效應管MOSFET。續流二極管D7D12的作用是：當逆變開關管由導通狀態變為截止時，雖然電壓突變將為0，但由于電動機線圈的電感作用，儲存在線圈中的電能開始釋放，續流二級管提供通道，維持電流繼續在線圈中流動。另外，當電動機制動時，續流二級管為再生電流提供通道，使其回流到直流電源。電阻R1R6、電容C1C6、二極管D13D18組成緩沖電路，來保護逆變開關管。由于開關管在開通和關斷時，要受集電極電流Ic和集電極與發射極間電壓VCE的沖擊，如圖所示，因此要通過緩沖電路進行緩解。當逆變開關管關斷時，VCE迅速升高，Ic迅速降低，過高增長率的電壓對逆變開關管造成危害，所以通過在逆變開關管兩端并聯電容

29、（C1C6）來減少電壓增長率；當逆變開關管開通時，VCE迅速降低，而Ic則迅速升高，并聯在逆變開光管兩端的電容（C1C6)由于電壓降低，將通過逆變開關管放電，這將加速電流Ic的增長率，造成逆變開光管的損壞。所以增加電阻（R1R6），限制電容的放電電流。可是當逆變開光管關斷時，該電阻又會阻止電容的充電。為了解決這個矛盾，在電子兩端并聯二極管（D13D18），使電容在充電時，避開電阻，通過二極管充電，在放電時，通過電子放電，實現緩沖功能。（2） 三相逆變橋的工作原理三相逆變橋的電路簡圖如圖2-5（a）9所示，圖中R、Y、B為逆變橋的輸出。圖2-5（b）9是各逆變管導通的時序，其中深色部分表示逆變導

30、管。圖2-5（b）可以看出，每一時刻總能有3只逆變管導通，另3只逆變管關斷；并且T1與T4、T2與T5、T3與T6每對逆變管不能同時導通。在t1時間段,T1、T3、T5這3只逆變管導通，電機線圈電流的方向是從R到Y和從B到Y（設從R到Y、從Y到B、從B到R為正方向），得到線電壓為URY和-UYB。 在t2時間段，T1、T5、T6這3只逆變管導通，電機線圈電流的方向是從R到Y和從R到B，得到的線電壓為URY和-UBR。在t3時間段，T1、T2、T6這3只逆變管導通，電機線圈電流的方向是從R到B和從Y到B，得到的線電壓為-UBR和UYB。在t4時間段，T2、T4、T6這3只逆變管導通，電機線圈電流

31、的方向是從Y到R和從Y到B，得到的線電壓為-URY和UYB。9圖2-5 電路簡圖和逆變管通斷時序 在t5時間段，T2、T3、T4這3只逆變管導通，電機線圈電流的方向是從Y到R和從B到R，得到的線電壓為-URY和UBR。 在t6時間段，T3、T4、T5這3只逆變管導通，電機線圈電流的方向是從B到R和從B到Y，得到的線電壓為UBR和-UYB。線電壓URY、UYB、UBR的波形見圖2-69。從圖中可以看出，三者之間互差120，它們的幅值是U。圖2-6 逆變輸出線電壓波形因此，只要按圖的規律控制6只逆變管的導通和關斷，就可以把直流電逆變成矩形波三相交流電；而絕、形波三相交流電的頻率可在逆變是受到控制。

32、然而，矩形波不是正弦波，含有許多高次諧波成分，將使交流異步電動機產生發熱、力矩下降、振動噪聲等不利結果。為了使輸出的波形接近正弦波，可采用正弦脈寬調制波。2.4.3 變頻與變壓由前面的敘述可知改變電源頻率可達到改變電動機轉速的目的，但實際上當交流異步電動機進行變頻調速時，必定會造成通過電動機鐵芯的磁通量的改變。由于電動機的磁通容量與電動機的鐵芯大小有關，通常在設計時與達到最大容量，因此，當磁通量增加時，將產生磁飽和，造成實際磁通量增加不上去，產生電流波形畸變，削弱電磁力矩，影響機械特性。為了解決機械特性下降的問題，一種解決方案是設法維持磁通量恒定不變，即設法使 E / f = K = 常數這就

33、要求，當電動機改變電源頻率f時，E與應該作相應的變化，來維持它們的比值不變。由于阻抗上產生的壓降相對于加在繞組端的電源電壓U很小，可略去。則： U E這就說明可以通過調節電壓U，使其跟隨頻率f的變化的方法達到使磁通恒定不變的目的，從而調整電動機的轉速。怎樣實現變頻的同時也變壓？我們采用的方法是脈寬調制（PWM）。將圖3-6所示的一個周期的輸出波形用一組等寬脈沖波來表示，如圖2-710所示。圖2-7含有等寬載波的脈寬調制波形如圖2-8所示，買個脈沖的寬度為t1,相鄰脈沖的間隔為t2，t1+t2=Tz(脈沖周期)。則等寬脈沖的占空比為=t1/（t1+t2）調節占空比，就可以調節輸出的平均電壓；調節

34、PWM波的頻率1/T，就可以改變電源頻率，實現調速。通過控制電路，可以容易的實現對脈沖波的占空比和PWM波的頻率分別進行調整。10但是，雖然實現了變頻與變壓，可是逆變電路輸出的電壓波形仍然是一組矩形波，而不是正弦波，仍然存在許多高次諧波的成分，因此還要進行改變。一種方法是將等寬的脈沖波變成寬度漸變的脈沖波，其寬度變化規律應符合正弦波的變化規律，如圖所示。我們把這樣的波稱為正弦脈寬調制波，簡稱SPWM波。SPWM波大大地減少了諧波成分，可以得到基本滿意的效果。產生正弦脈寬調制波SPWM的方法是：用一組等腰三角形波與一個正弦波進行比較，如圖所示，其相等的時刻（即交點）作為開關管“開”或“關”的時刻

35、。圖2-8 SPWM波形生成方法將這組等腰三角形波稱為載波，而正弦波則稱為調制波。正弦波的頻率和扶植時刻控制的，如圖2-811所示，改變正弦波的頻率，就可以改變輸出電源的頻率，從而改變電動機的轉速；改變正弦波的幅值，也就改變了正弦波與載波的交點，使輸出脈沖系列的寬度發生變化，從而改變了輸出電壓。112.4.4 電動機與單片機的接口在調制波的頻率、幅值和載波的頻率這3項參數中，不論哪一項發生變化時，都使得載波與調制波的交點發生變化。因此，在每一次調整時，都要重新計算交點的坐標。顯然，單片機的計算能力和速度不足以勝任這項任務。過去通常的作法是：對計算做一些簡化，并事先計算出交點坐標，將其制成表格，

36、使用時進行查表調用。但即使這樣，單片機的負擔也很重。為了使單片機從這一沉重的負擔中解脫出來，近些年來，一些廠商推出了專用于生成三相或單項SPWM波控制信號的大規模集成電路芯片，如HEF4752、SLE4520、SA4828等。采用這樣的集成電路芯片，可以大大地減輕單片機的負擔，使單片機可以空出大量的時間用于檢測和監控。在本次設計中，我們采用的便是SA4828 三相SPWM波控制芯片。SA4828時MITEL公司推出的一種專用于三相SPWM信號發生和控制的集成芯片。它既可以單獨使用，也可以與大多數型號的單片機接口。該芯片的主要特點為：全數字控制；兼容INTEL系列和MOTOROLA系列單片機；輸

37、出調制波頻率范圍04kHz；16位調速分辨率；載波頻率最高可達24kHz；內部ROM固化3種可選波形；可選最小脈寬和延遲時間（死區）；可單獨調整各相輸出以適應不平衡負載；看門狗定時器。SA4828采用28腳的DIP和SOIC封裝。來自單片機的數據通過總線控制和譯碼進入初始化寄存器或控制寄存器。它們對相控邏輯電路進行控制。外部時鐘輸入經分頻器分成設定的頻率，并生成三角形載波，三角載波與所選定的片內ROM中的調制波形進行比較，自動生成SPWM輸出脈沖。通過脈沖刪除電路，刪去比較窄的脈沖（如圖所示），因為這樣的脈沖不起任何作用，只會增加開關管的損耗。通過脈沖延遲電路生成死區，保證任何橋臂上的兩個開關

38、管不會在狀態轉換期間短路。看門狗定時器用來防止程序跑飛，當時間條件滿足時快速封鎖輸出。片內ROM存有3種可供選擇的波形，它們是純正弦波、增強型波形和高效波形。如圖所示。每一種波形各1536個采樣值。增強型波形又稱三次諧波，它可以使輸出提高20%，三相諧波互相抵消，防止電動機發熱。高效型波形又稱帶死區的三次諧波，它是進一步優化的三次諧波，可以減小逆變開關管的損耗，提高功率利用率。寄存器列陣包含8個8位寄存器R0R5和R14、R15。其中R0R5用來暫存來自單片機的數據,這些數據可能是初始化數據,或者是控制數據；而R14、R15是兩個虛擬的寄存器，物理上不存在。當向R14寫操作時，實際是將R0R5

39、中存放的48位數據送入初始化寄存器。當向R15寫操作時，是將R0R5中存放的48位數據送入控制寄存器。SA4828芯片可以與多種不同種類單片機接口，這次我們選用的是INTEL公司的8051單片機。8051的地址與數據總線，因此，SA4828芯片的MUX引腳接高電平或者懸空不接。通過8051的P0口與SA4828的AD口相連，提供8位數據和低8位地址，SA4828芯片中的地址鎖存器可以鎖存來自8051的低8位地址，從而將AD口輸入的地址與數據分開。SA4828的地址鎖存器由8051的ALE信號控制。同時，連接的控制信號還有讀、寫信號RD和WR。SA4828的片選信號CS用譯碼器74LS138的控

40、制信號SASEL控制。8SA4828的8個寄存器的地址為,寄存器R0R5的地址：0000H0005H;虛擬寄存器R14,R15的地址:000EH,000FH。SA4828的SETTRIP引腳接8051的P1.1，使單片機能夠在異常情況下封鎖SA4828的輸出。ZPPR引腳接8051的P3.2（INT0），測量調制波的頻率，用于顯示。SA4828的TRIP引腳接一只發光二極管，當SA4828的輸出被封鎖時，發光二極管燈亮報警。SA4828的6個輸出引腳RPHT、YPHT、BPHT、RPHB、YPHB、BPHB分別通過各自的驅動電路，來驅動逆變橋的6只開關管。2.5 位移和轉速檢測部分的設計2.5

41、.1 位移檢測傳感器和轉速檢測傳感器的選用由于轉臺控制量的要求精度較高，必須采用閉環控制系統，又由設計要求可知所設計的液壓飛行模擬實驗轉臺統必須具備位置檢測功能。所以必須通過高精度的位移傳感器對位移量進行檢測和絕對式編碼器對轉速進行檢測，將檢測結果轉換成數字量，反饋給單片機，通過單片機對這些數據進行處理，處理的結果作為控制量對電動機進行控制，從而實現對各個液壓缸升降速度的精確和工作臺轉速的控制，也就是對位移量的精確控制。在此我們選用光柵位移檢測傳感器。原因有如下幾點：（1）輸出數字信號。光柵傳感器輸出的是數字信號，這使得它易于與數字電路，特別是單片機接口。這樣就省去了模-數之間的轉換，簡化了電

42、路。（2）高精度。由于在某些使用場合下對轉臺的工作精度要求較高，所以應選用具有較高精度的位移檢測傳感器。而光柵尺完全符合這種需求，由于精密的光刻技術和電子細分技術，以及莫爾條紋所具有的對局部誤差的消除作用，光柵傳感器可以得到很高的測量精度。目前，用于長度測量的光柵，其測量誤差可控制在0.20.4m/m以內，精度為0.53m/1500mm，分辨率可做到0.1m，允許計數速度為200mm/s。（3）具備大量程。這次我們設計的同步頂升系統，其每個液壓缸的最大行程為400mm，所以需要傳感器具有較大的量程。但是一般的大量程的傳感器其分辨率都不高，但光柵尺卻可以很好的克服這個缺點。（4）性價比高。在測量

43、精度方面，光柵傳感器和絕對式編碼器僅次于激光測量，而成本卻低的多。10但是由于光柵傳感器的光柵片一般是用玻璃制作的，而且移動光柵片與固定光柵片之間的間隙很小，因此對環境條件如濕度、溫度、振動、沖擊等較為敏感。環境的變化會影響光柵傳感器的性能和可靠性。所以設計液壓缸的結構時我們將光柵尺密封在活塞內腔中，但不與活塞一起上下運動，活塞升降時應盡量避免油液滲透進內腔污染光柵尺和電子原件。千斤頂的底座可通過螺釘與固定支架相連，可提高千斤頂的穩定性，減少振動，亦可保護光柵傳感器。2.5.2 光柵位移和轉速傳感器與單片機的接口設計單片機與光柵傳感器的接口電路如圖2-9所示。它有3個部分組成，包括光柵信號檢測

44、電路、辨向電路、位置計數電路。光柵信號檢測電路由光敏三極管和兩個比較器LM339組成。來自光柵的莫爾條紋照到光敏三極管Ta和Tb上，它們所輸出的電信號加到兩個比較器的鎮輸入端上，而在這2個比較器的負輸入端分別由2個5.1k的電阻和2個5.1k的可調電阻形成一定的參考電壓，該參考電壓應使光柵輸出的Ua、Ub的高、低電平寬度一樣（即整形）。從LM339輸出的整形后的電壓信號Ua、Ub送到辨向電路中去，辨向電路是由與門Y1、Y2、異或門E1E2E3和4位寄存器95組成。95的數據輸入端D1接收Ua，D0接收Ub，接收脈沖由單片機的ALE和T0端提供。因此，當95的接收脈沖端LD有脈沖下降沿產生時，則

45、Ua、Ub的電平分別由D1和D0端輸入到Q1、Q0去。當莫爾條紋上移時，電偏平變化序列為；但當莫爾條紋下移時，電平變化序列為。在考慮的現新行狀態和上次狀態時，則有邏輯信號如表所列。從表中可以看出，但把上次與本次的狀態組合成一個數碼時，對于莫爾條紋上移的情況，兩端的位總是不等，中間兩位總是相等，對于莫爾條紋下移的情況，兩端的位總是相等，中間兩位總是不等。利用這種明顯相反的特點，通過邏輯電平辨別光柵移動方向。因此，在4位寄存器95中，把Q0輸出接到D2輸入端，把Q1輸出接到D3輸入端，其意義也就是Q3、Q2寄存Ua、Ub原來的電平，用Q1、Q0寄存Ua、Ub現在的電平。這樣在95中就形成了表3-1

46、10中所列的代碼。從單片機送來的脈沖信號是95接收數據的時鐘信號，這個時鐘信號的頻率較高，但這個信號從95的LD段輸入時，就產生了這種情況：只有當現行的Ua、Ub電平變化時，才會產生表所列的編碼；如果Ua、Ub電平不變，在95中的Q3Q2的數碼和Q1Q0中的數碼會完全一樣。例如，UaUb=01，而且不變，則接收數據信號從LD輸入時，95接收的結果為0101,當UaUb=00時，在95接收后為0000。這些情況有利于判別Ua、Ub電平變化。很明顯，有如下結論：（1）當Ua、Ub不變時，95的Q3Q2和Q1Q0相同。所以，只有當Q2Q1不等時，Q3Q0也不等；當Q2Q1相等時，Q3Q0也相同。 （

47、2）當Ua、Ub變化時，95的Q3Q2寄存Q1Q0上次的數據，Q1Q0寄存當前的數據，即Ua、Ub電平。表中有，Q3Q0相同，Q2Q1不同時，莫爾條紋下移；Q3Q0不同，Q2Q1相同時，莫爾條紋上移。 為了實現上面2點結論，在圖中采用了Y1、Y2、E1、E2、E3組成的邏輯電路。當Ua、Ub不變時，Y1、Y2不應產生任何計數信號。這時，由于Ua、Ub不變，則有Q2Q1不等，Q3Q0也不等；或者Q2Q1相同，Q3Q0也相同。當Q2Q1不等時，就輸出1，同時Q3Q0也不等，E3也輸出1，這樣，E1就會輸出0。所以Y1、Y2也就輸出0，它們都不會產生計數信號。當Q2Q1相同，Q3Q0也相同時，E2輸

48、出0,E3輸出0,故E1也輸出0,使Y1、Y2 必定輸出0，也不會產生計數信號。 在Ua、Ub變化的情況下，當莫爾條紋上移時，則必有Q2Q1相同，Q3Q0不同。這時，E2輸出0，E3輸出1,使E1輸出1。因此,Y1輸出0,Y2輸出1.Y2輸出的上升沿使4位加/減同步計數器193進行加法計數。 當莫爾條紋下移時，必有Q2Q1不同，Q3Q0相同。這時E2輸出1，E3輸出0，使E1輸出1。因此，Y輸出1，Y2輸出0。Y1輸出的上升沿使4位加/減同步計數器193進行減法計數。 位置計數電路由2片93串聯組成，形成8位計數器。193是4位加/減計數器，加法計數時，計數信號由CU端輸入，進位信號從CY端輸

49、出；減法計數時，計數信號由CD端輸入，借位信號從BW端輸出。193可以預置數據，預置數據從D0D3輸入，接收預置數據的脈沖信號從LD端輸入。當LD=0時，193接收D0D3輸入的數據。CLR是清0端，CLR=1時193清0。在預置和計數時，要求CLR=0。在圖3-9中，2個193的LD端連在一起，通過電阻R1接+5V，并經電容C0接地。所以，愛接通電源的瞬間有CLR=0，LD=0，使193接收D0D3輸入的數據，即193清0。然后，193的內容由CU和CD端的計數脈沖信號確定。單片機通過P1口接收193輸出的8位數據，從而得到光柵的現行位置。3 機械結構與液壓傳動系統設計該液壓飛行模擬實驗轉臺

50、由升降系統、傳動系統和控制系統三部分組成，可以通過升降系統來實現上工作平臺的傾斜角度、通過傳動系統來實現上工作平臺的旋轉，從而達到模擬飛機或導彈在空中飛行時的各種姿態，而控制系統則用來控制升降系統中各個液壓缸上升的高度和傳動系統中的電動機的轉速從而達到工作平臺要求的工作角度和旋轉速度。升降系統有液壓式、氣電式、氣壓式、汽液兩用式等，考慮到成本、實用性、使用舒適度等因素，我們最終選用了技術比較成熟的液壓系統。傳動系統有齒輪傳動、蝸輪蝸桿傳動、螺紋傳動、帶輪傳動，考慮到有沖擊則采用帶輪傳動，同時采用離合器從而減少對電動機的慣性沖擊。控制系統可以是微機、單片機、可編程控制器等，考慮到本次設計的飛行模

51、擬實驗轉臺僅有3個液壓缸和一個電動機，控制器需要進行的運算量不大，而且本系統提供的功能并不復雜，單片機MCS-51足以。所以從節省成本的角度出發選擇了單片機控制系統。該液壓飛行模擬實驗轉臺機械結構如圖3-1所示。3.1升降系統結構分析升降系統有液壓式、氣電式、汽液兩用式等，考慮到成本、實用性、使用舒適度等因素，我們最終選用了技術比較成熟的液壓系統。該升降系統由三個液壓缸組成。我們所設計的液壓飛行模擬轉臺的主要參數是總高約1500mm，最大行程為400mm，最大載荷為1t。因液壓飛行模擬轉臺載荷較大，位置精度要求較高，故上升速度不宜過大，最大上升速度應控制在50mm/min以內。3.1.1液壓缸

52、結構由于液壓缸的外形尺寸較大，需承受的較大的沖擊載荷，所以初步擬定采用了法蘭型液壓缸的結構原型，并在此基礎上針對液壓缸的使用特性進行調整其總體結構如圖2-2所示。為了實現工作平臺的傾斜角度，液壓缸的工作臺與活塞桿應采用轉動連接副相連。當液壓缸工作時，液壓缸的工作臺自由轉動，所以設計時將活塞桿頂部插入球頭，與工作臺形成轉動副。如圖3-3所示。球頭與活塞桿采用緊固螺釘固定。由于光柵尺尺寸較長，只能將活塞和活塞桿做成中空狀來放置光柵傳感器。這樣活塞與活塞桿之間不宜采用螺母緊固，方便起見，我們將活塞和活塞桿合為一體，材料同為45號鋼。工作時發光元件與光敏元件隨活塞作同步運動，光柵尺下端固定在底蓋上不動

53、，光源與光柵尺的相對位移量通過讀數頭轉化為數字信號傳遞給單片機。圖3-2液壓缸總體結構圖圖3-3 液壓缸的工作臺與活塞之間的連接由于液壓缸的行程較長，達400mm，當工作臺旋轉一個角度去承載重物時容易產生較大的彎曲力矩使活塞桿折斷。所以有必要設計一個支撐套進行保護。支撐套與油缸壁之間采用通孔螺釘緊固。由于光柵傳感器放在液壓缸內部，考慮到其信號線的連接問題，我們將油缸底蓋與液壓缸底座之間留有一定空間。為了方便裝卸，不宜將底蓋與油缸焊接。經過多方面的考慮，比較了多種方案后，采用了如圖3-4所示的方法固定底蓋。圖3-4中液壓缸底座處轉有4個螺紋孔，用4個型號為M16x44的六角頭螺栓將底蓋頂起至油缸

54、卡槽處。螺桿長度比實際所需的長35mm，可通過增加墊片的方法達到使4個螺栓平均分配載荷的目的。底蓋上套有密封圈，防止漏油。液壓缸底座與油缸通過4個內六角螺釘緊固。在底座和油缸兩側各開一個通孔用于連接光柵傳感器的信號線。3.1.2 液壓缸零部件分析由于液壓缸可能會在比較惡劣的條件下使用，而且在裝載和卸載重物時，可能會因操作不當而對千斤頂底座造成較大沖擊，導致整個系統遭到破壞。所以底座采用具有較高強度和韌性的球墨鑄鐵QT600。圖3-4液壓缸底蓋的固定方式油缸是液壓系統的主要零件，它與底座、底蓋、油口、導向套等零件構成密封的容器，用于容納壓力油液，同時還是活塞的運動軌道。所以設計油缸時，應該正確的

55、確定各部分的尺寸，保證液壓缸有足夠的輸出力、運動速度和有效行程，同時還必須具有一定的強度，能足以承受液壓力、負載力和意外的沖擊力；缸筒的內表面應具有合適的公差等級、表面粗糙度和形位公差等級，以保證液壓缸的密封性、運動平穩性和耐用性。對油缸材料的可選空間很大，對其進行篩選需要有足夠的耐心。對油缸的要求：1要有足夠的強度，能長期承受最高工作壓力及短期動態壓力而不致產生永久變形；2要有足夠的剛度，能承受活塞側向力和安裝時的反作用力而不致產生彎曲；3內表面與活塞密封件及導向套的摩擦作用下，能長期工作而磨損很少，尺寸公差等級和形位公差等級足以保證活塞密封件的密封性；4最好還需要有良好的可焊性，以防在需要焊接的時候不致產生裂紋或過大變形。4最后我們選定各方面性能良好的45號鋼。油缸毛坯普遍采用退火的冷拔或熱軋無縫鋼管，現在國內市場上已有內孔經珩磨或內孔精加工的無縫鋼管賣，只需按所要求的長度切割即