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电液混合驱动五轴仿真转台结构设计及静动态特性研究

作　者: 糜小涛
导　师: 许宏光
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 五轴仿真转台结构设计综合空间误差控制器设计
分类号: V216.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

五轴仿真转台主要用于制导系统的半实物仿真，其性能的优劣直接关系到飞行器或制导武器的仿真精度。因此，对五轴仿真转台的研究有着重要的现实意义。本文在查阅了国内外相关资料的基础上，综述了转台的研究背景、意义以及国内外五轴仿真转台的发展概况，并对本文涉及的五轴仿真转台的主要性能进行分析。根据五轴仿真转台技术指标设计了五轴仿真转台的机械结构、建立其三维模型，并在此基础上对机械台体进行模态分析，验证其固有频率，保证机械结构性能满足技术指标要求。分析并总结了五轴仿真转台的几何运动误差，在多体运动学误差建模理论的基础上建立了五轴仿真转台的综合空间误差模型。检测了五轴仿真转台机械精度中的垂直度和相交度，验证它们是否满足技术指标要求，然后将测得的数据代入建立的五轴仿真转台的综合误差模型中，对五轴仿真转台的指向误差和位置误差进行分析。以三轴仿真转台外框轴系为例建立了电液位置伺服系统的数学模型，为了研究系统的低速性能，分析了摩擦机理和Stribeck摩擦模型，并将该摩擦模型引入电液位置系统仿真模型中。根据该系统特点设计了考虑摩擦特性、带有微分前馈控制环节和滞后-超前控制策略的复合控制器。最后对控制器进行仿真研究，验证控制器设计的合理性以及整个系统的静、动态性能。最后通过实验方法验证了控制器设计的有效性以及电液位置伺服系统的静、动态性能指标。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-16
  1.1 课题研究的背景及意义  9-10
  1.2 国内外五轴仿真转台发展概况  10-12
    1.2.1 国外五轴仿真转台发展概况  10-11
    1.2.2 国内五轴仿真转台发展概况  11-12
  1.3 五轴仿真转台半实物仿真简介  12-13
  1.4 五轴仿真转台主要性能分析  13-15
  1.5 课题来源及论文主要内容  15-16
第2章五轴仿真转台结构设计及模态分析  16-28
  2.1 引言  16
  2.2 五轴仿真转台技术指标  16-17
  2.3 五轴仿真转台结构总体设计  17-19
    2.3.1 仿真转台台体结构设计  18
    2.3.2 仿真转台驱动系统设计  18-19
    2.3.3 仿真转台安装方式选择  19
  2.4 五轴仿真转台轴系设计  19-20
    2.4.1 三轴仿真转台轴系设计  19-20
    2.4.2 两轴目标模拟转台轴系设计  20
  2.5 五轴仿真转台模态分析  20-27
    2.5.1 模态分析的基本理论  21-22
    2.5.2 模态分析过程的主要步骤  22-23
    2.5.3 三轴仿真转台模态分析  23-25
    2.5.4 两轴目标模拟转台模态分析  25-27
  2.6 本章小结  27-28
第3章五轴仿真转台机械精度检测及误差分析  28-50
  3.1 引言  28
  3.2 五轴仿真转台误差分析  28-40
    3.2.1 多体系统误差建模理论  28-30
    3.2.2 五轴仿真转台几何误差分析  30-32
    3.2.3 三轴仿真转台坐标系和误差模型建立  32-36
    3.2.4 两轴目标模拟转台坐标系和误差模型建立  36-38
    3.2.5 五轴仿真转台综合空间误差分析  38-40
  3.3 五轴仿真转台相交度和垂直度检测  40-47
    3.3.1 转台垂直度和相交度检测方法分析  40-41
    3.3.2 检测设备  41
    3.3.3 检测原理  41-43
    3.3.4 五轴仿真转台垂直度检测方法  43-44
    3.3.5 五轴仿真转台相交度测量方法  44-46
    3.3.6 五轴仿真转台相交度和垂直度检测数据和结果  46-47
  3.4 五轴仿真转台综合空间误差分析  47-49
    3.4.1 五轴仿真转台指向误差分析  47-48
    3.4.2 五轴仿真转台位置误差分析  48-49
  3.5 本章小结  49-50
第4章三轴仿真转台外框控制系统建模与控制器设计  50-64
  4.1 引言  50
  4.2 电液位置伺服系统数学模型  50-54
    4.2.1 动力机构的数学模型  50-51
    4.2.2 其他环节的数学模型  51-52
    4.2.3 系统的数学模型  52-53
    4.2.4 系统参数的计算  53-54
  4.3 系统性能分析  54-55
    4.3.1 三轴仿真转台外框电液位置伺服系统稳定性分析  54
    4.3.2 三轴仿真转台外框电液位置伺服系统特性分析  54-55
  4.4 摩擦特性分析  55-57
    4.4.1 摩擦机理  55-56
    4.4.2 Stribeck摩擦模型  56-57
  4.5 控制器设计  57-60
    4.5.1 滞后-超前控制策略  57-59
    4.5.2 微分前馈控制环节  59-60
  4.6 控制器仿真研究  60-63
  4.7 本章小结  63-64
第5章三轴仿真转台外框控制系统实验研究  64-71
  5.1 引言  64
  5.2 系统组成  64-66
  5.3 系统位置精度  66-67
  5.4 系统低速性能  67-68
  5.5 系统最大加速度性能  68-69
  5.6 系统频响性能  69-70
  5.7 本章小结  70-71
结论  71-72
参考文献  72-76
附录  76-81
致谢  81

电液混合驱动五轴仿真转台结构设计及静动态特性研究

内容摘要

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