1、南通大學本科生畢業設計（論文）開題報告學生姓名朱志俊學號0810012224專業機械工程及自動化課題名稱二軸轉臺臺體結構設計閱讀文獻 情況國內文獻 15 篇開題日期2012年3月7日國外文獻 9 篇開題地點12#205一 文獻綜述與調研報告：(闡述課題研究的現狀及發展趨勢，本課題研究的意義和價值、參考文獻)現狀及發展趨勢三軸仿真轉臺作為航空、航天等領域中進行半實物仿真和測試的關鍵設備在飛行 器的研制過程中起著極其重要的作用。三軸仿真轉臺性能的優劣直接關系到仿真和測 試實驗的可靠性和置信度，是保證航空、航天型號產品和武器系統精度及性能的基 礎。因此，三軸仿真轉臺的研究和制造對航空、航天工業和國防

2、建設的發展具有重要 意義。仿真轉臺性能的優劣直接關系到仿真試驗可靠性和置信度，是制導回路精度的關 鍵。這給兼顧岸艦和艦空導彈導引頭仿真的三軸仿真轉臺高實時、高精度和高頻響等 技術指標提出了很高要求，這給仿真轉臺的總體方案確定和研制提出了新的課題，也給轉臺測控系統設計與實現提出了更高的要求 。世界上一些軍事大國，如美國、俄羅 斯、德國、法國等都特別重視仿真系統的研究開發，投入大量的人力、物力。美國是 世界上最早研制和使用轉臺的國家，它的第一臺轉臺于1945年誕生于麻省理工學院 (MIT)。至今為止，美國轉臺的研制和使用，無論在數量、種類，還是在精度和自動 化程度上都居于世界領先地位，代表了當今世

3、界轉臺的發展水平和方向。英、法、德 等國也從事轉臺的研制工作，但無論投入的人力和財力，還是所達到的水平都不如美 國。俄羅斯的慣性技術水平也較高，但由于保密性強，對其具體情況了解不多。美國 60年代開始，對轉臺的主要部件如軸承、驅動元件、角度傳感器和檢測儀器進行了 系統的改進，研制成功了專用于轉臺的空氣軸承，大調速比、高精度液壓馬達和高分 辨率的角度傳感器，并開發了宇航專用飛行仿真軟件，實現了系統仿真由模擬系統向 數字仿真系統的轉變，由部分功能仿真向全彈道仿真的轉變，代表了目前國際的先進水平。1969年之后，美國的轉臺設計和制造進入了系列化階段：位于賓夕法尼亞匹茲 堡的康特維斯-戈爾茲公司（Co

4、nirvs- Goez Cooperatio ，簡稱CGC）成為美國制造慣性 導航測試設備和運動模擬系統的主要廠商，并一直代表著美國乃至世界慣性設備，尤 其是轉臺的發展水平。從70年代初開始，CGC著手研制并生產系列多軸陀螺測試轉 臺，1972年為DraPer實驗室的第三代陀螺儀和 Honeywen公司的靜電支撐陀螺儀 研制成功了 53D型和53E型轉臺，1978年為西德航空航天研究試驗院研制成功了 53G 一型轉臺。53系列轉臺臺體的形式均為多軸，其中53B型為四軸慣性制導測試 系統，53D型、53E型、53G型、53W型為三軸轉臺，普遍采用了氣浮軸承，軸系回 轉精度和正交精度均達到角秒級，

5、使用感應同步器作測角元件，測角精度和定位精度 均達到1角秒。1984年CGC公司開始研制 高精度三軸測試臺ITATT”，ITATT"是超精 密三軸測試設備，其三軸的綜合指向精度小于1''0,001200 °下的瞬時速率誤差<=10A-6 o ITATT在軸承、臺體結構、驅動裝置、測角系統、控制方法、電氣系統和 信號傳輸與處理方面都有許多新技術得以應用，比如采用有源磁懸浮軸承。隨著尋的 制導半實物仿真的需要，國外還研制出五軸轉臺。美國卡坷公司生產的5 一 450R.5 型轉臺，其內面三軸模仿導彈的姿態角運動，外面兩軸用于目標仿真。仿真系統進入 了實用化和

6、商業化階段，對高精度導航控制系統的研發起了極大的促進作用。由于仿真轉臺在軍事和國防上的敏感性，國外一直對我國進行技術圭寸鎖和禁運。我國的轉臺研制工作起步較晚，開始于七十年代初，較美國晚二十年，與世 界先進水平存在一定的差距。但由于國家的重視及廣大科研工作者的努力，使得我國 的在該領域與世界先進水平之間的差距也在一步一步地縮小。我國研制轉臺的歷程大 致如下：1974年，由航天部707所成功研制了 DT-1型低速轉臺。1975年，航空部 303所研制成功了 SFT-1-1型伺服轉臺，該轉臺首次使用光柵作為精密測角元件。1979年，哈爾濱工業大學與原六機部6354所及441廠合作，研制出我國第一臺T

7、PCT-I型雙軸伺服轉臺-7191雙軸空氣軸承轉臺，該轉臺內外均采用空氣靜壓軸承支 撐，用同步感應器作為測角元件，交流力矩電機直接驅動。1982年6354所研制成 7191- U型雙軸轉臺，該轉臺是 TPCT- I型轉臺的改進型，它在連續工作方面較 TPCT-I型轉臺有所提高。1983年，航天部一院13所研制成功了 SSFT型雙軸伺服轉 臺，該轉臺是我國最大的雙軸伺服轉臺。1985年，哈工大研制出我國第一臺計算機 控制轉臺一DPCT- U型單軸轉臺，該轉臺通過計算機參與控制提高了控制精度和自動 化水平。1987年哈工大與6354所共同研制成功了 CCGT型測試轉臺，該轉臺是我國 第一臺計算機控

8、制的雙軸測試轉臺。同年，哈工大研制成功了 GZT型雙軸位置臺， 采用端齒盤作為角位置測量元件。1990年303所成功研制了 SGT-1型三軸測試轉 臺，是我國第一臺計算機控制的高精度三軸測試轉臺。近幾年來，國內新研制成功 了一些仿真轉臺，特別是哈工大相繼成功研制了一系列電動仿真測試轉臺，包括GST-1型三軸測試轉臺，ET201A型二軸測試轉臺，ET101A型高頻響單軸測試臺， ET301A型三軸仿真測試轉臺，同時還有一批高性能的轉臺仍在研制之中，這些轉臺 都以高性能計算機作為測控系統的核心，順應計算機參與轉臺控制與測試這一發展趨 勢，進而大大提高了轉臺的自動化水平，使我國的轉臺研制工作在某些方

9、面已經接近 甚至趕上了國際先進水平。意義和價值在畢業設計中，我負責的是三軸轉臺臺體結構的設計。根據用戶提出的技術指標 通過對國內外現有轉臺結構型式的分析比較，首先，根據負載的結構尺寸特點，通過 對比分析確定總體設計方案，選擇適當的框架結構和材料等。其次，由內到外對各機 械部分進行詳細設計，并根據負載的轉動慣量以及角速度、角加速度要求，選擇各環電機及測角元件。最后，在設計的過程中進行電機與軸聯結處的螺栓的強度校核。通過仿真分析結果，分析結構設計中的薄弱環節，在滿足剛度的前提下對轉臺結構進 行優化。最后通過實驗測試了轉臺的測量精度并對影響精度的主要因素進行分析。預計通過此次畢業設計，將所學的機械設

10、計與機電一體化的相關知識融會貫通，為今后的工作打下基礎。參考文獻1 美國慣導測試技術的現狀及趨勢中國慣導技術學會，19875-462 賀小蓉.飛行仿真轉臺現代控制技術研究南京航空航天大學碩士學位論文，2002: 1頁3 鄒秀斌.三軸仿真轉臺關鍵技術研究合肥工業大學碩士學位論文，2005:2 頁4 路周才.三軸轉臺的原理及控制寶雞文理學報（自然科學版），1995張先彤、張慶春、陳時錦、梁迎春.OUT型閉式三軸轉臺的結構設計.中國慣性技術學報1996 劉曉華.全自動三維多功能慣導測試系統機械臺體設計與檢測.合肥工業大學碩士學位論文7 陳時錦、張龍江、蔡鶴皋.三軸轉臺框架的形狀優化設計.中國慣性技術

11、學報19968 A Louis. Desig n Study for a High Accuracy Three-Axis Test Table. AIAAGuida nee and Con trol Conferen ce, New York, 1985: 50-559 J.P etrolito,B .W .G olley.D yn amicA n alysiso fO rthotropicP latesU si ngFinite Strip-elements. Computational Mechanics, 1991:1127113210 Li, Guozhong; Zu, Wenhui

12、; Li, Pude; Huang, Jun SourceTurnplate locationhydraulic servo motor with the full-hydraulic steeringgearFluidPower Transmission and Control - Proceedings of the 2nd International Conferen ce, 198911 Desig n Study of High Accuracy Three Axis Test Table Louis A.DemoreCGCIn terim report 198512 曾慶雙，王茂，

13、劉升才.三軸轉臺框架動力學耦合及解耦研究科學出版社199313 姜復興、龐志成.慣性測試設備原理與設計哈爾濱工業大學出版社，199814 李尚義等.三軸飛行仿真轉臺總體設計及其關鍵技術.宇航學報,1995, 2.15 李國洪.三軸仿真轉臺結構分析及優化設計D:哈爾濱工業大學碩士學位論文,1997.7.16 M.J. D. Powell. Algorithm for non li near con stra ins that use lagra ngia n functionJ. Math. Prog., V . 14, 1980.17 陳興林.三軸飛行仿真轉臺控制系統設計與研究 D.哈爾濱：哈

14、爾濱工業大學， 199418 Louis. A. Demove. Design Study for High Accuracy Three-axis Test Table.AIAA. Guida nee and Control Co nferen ce, 1985.19 郎需英.三軸慣導測試臺.系統仿真學報,2001,3, vol 13, No2.20 H. Jonsson, G. Malmberg Optimal Trust Vestor Control for Vertical Launch ofTactical Missibles, J. Guida nce 1982, 5(6)21 C

15、GC In terim Report on Improved Three Axis Test Table: Program Status andRecomme ndati on for Completi on, August, 1990.22 Lim R J et.al, A Survey of Multi-sensor data fusion systems. SPIE. 1991,1470:13-29.23 曾鳴，王忠山，蘇寶庫.精密測試轉臺測角系統研究.哈爾濱工業大學學報2006,2: 167-169.24 張建華,三軸轉臺外框的建模和應力分析.西安工業學院學報.2002, 3:11-1

16、5二 本課題的基本內容，預計解決的難題本課題主要進行三軸仿真轉臺臺體的設計工作 ：（1） 了解三軸仿真轉臺的工作 原理、整體結構；（2）了解其應用的動態與進展情況。（3）三軸仿真轉臺臺體設 計。經過畢業設計的培訓，我能夠得到工程設計能力的提高，全面地、系統地鍛煉獨 立科研的能力。三個月的畢業設計工作后，提交規定的設計圖紙和撰寫相關畢業論 文。關鍵問題：主要技術要求：1.轉軸定義：內軸為橫滾，中軸為俯仰，外軸為航向。2負載尺寸及重量：外形尺寸520 X520 X500mm,重量不大于40Kg。3. 轉角范圍：無限轉角4. 最大加速度:內框:4000 °,中框3000 °，外框

17、2000 °。5. 頻率響應：雙十指標，輸入信號峰一峰1 °時，內框：12Hz,中框：10Hz,外框：8Hz。6. 靜態位置伺服精度：小于10 "。7. 三軸傾角回轉誤差：不大于±5 。8. 三軸垂直度：不大于±10 。9. 三軸不相交度：不大于0.5mm.10. 導電滑環 50 環，3A,其中 40 環帶屏蔽。三課題的研究方法、技術路線通過文獻檢索和查閱有關的文獻資料，了解并掌握三軸仿真轉臺的國內外研究現 狀及其應用前景，撰寫有關的論文。基于對國內外三軸轉臺臺體結構的分析，需要完 成以下工作：根據負載的特點確定轉臺的總體結構方案，根據基本的結構及系統的動 態參數確定電機的類型，選擇所需的傳感器。用Autocad作出轉臺結構圖以及三維實 體造型。四研究工作條件和基礎1、 通過前期各環節的學習和設計環節的培養已具備機構設計的能力；2、具有掌握新技術和獨立學習的能力；3、 指導教師具有從事機械制造方面的科研背景，能在指導過程中通過理論知識的講 授，結構設計的指導，達到完成畢業設計的要求。五、進度計劃起訖日期工作內容3.5 - 3.20文獻檢索，閱讀資料，了解基本工作原理、設計現狀和進展情況。 小組討論3.21 - 4.2整理收集有關資料，提出設計方案小組討論