飛行模擬轉(zhuǎn)臺設計開題報告

1、<p>　　畢業(yè)設計（論文）開題報告</p><p>　　題目 飛行模擬轉(zhuǎn)臺設計</p><p>　　專 業(yè) 名 稱 機械設計制造及其自動化</p><p>　　班 級 學 號 </p><p>　　學 生 姓 名 </p><p&g

2、t;　　指 導 教 師 </p><p>　　填 表 日 期 2011 年 5 月 8 日</p><p><b>　　說 明</b></p><p>　　開題報告應結(jié)合自己課題而作，一般包括：課題依據(jù)及課題的意義、國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢（含文獻綜述）、研究內(nèi)容及實驗方案、目標、主

3、要特色及工作進度、參考文獻等內(nèi)容。以下填寫內(nèi)容各專業(yè)可根據(jù)具體情況適當修改。但每個專業(yè)填寫內(nèi)容應保持一致。</p><p>　　一、選題的依據(jù)及意義</p><p>　　隨著飛機和導彈的快速發(fā)展，要求其具有更高的性能和穩(wěn)定性,這就要我們通過對他們的性能參數(shù)進行測量評估進而進行改進，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?qū)梺磉M行實驗采集數(shù)據(jù),這就要求我

4、們采用一些比較合理的實驗裝置來實現(xiàn)飛機或?qū)椀娘w行狀態(tài)，這樣飛行模擬實驗轉(zhuǎn)臺得以發(fā)展。該轉(zhuǎn)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(tài)。該裝置的出現(xiàn)既達到了對飛機或?qū)椥阅軈?shù)的采集，進而改進，在成本上遠遠低于一架飛機或?qū)椀膬r格，對飛機和導彈的發(fā)展具有不可估量的價值。</p><p>　　飛行模擬轉(zhuǎn)臺是具有重大經(jīng)濟價值和國防戰(zhàn)略意義的高精尖實驗設備，它是在實驗室條件下

5、模擬飛行器或?qū)椩诳罩酗w行姿態(tài)半實物仿真的有力工具，它和目標發(fā)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(tài)和動力學特性，從而對其傳感器件、控制系統(tǒng)和執(zhí)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(jù)。它的性能指標直接關系到飛行仿真結(jié)果的逼真度。隨著當前國際形勢的日益嚴峻和我國現(xiàn)代軍事技術的不斷發(fā)展，對模擬轉(zhuǎn)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

6、動態(tài)特性直接影響到轉(zhuǎn)臺動態(tài)仿真的可靠程度。在設計階段對機械臺體進行動態(tài)特性分析和優(yōu)化設計，尤其是對框架等結(jié)構支撐部件的動態(tài)特性研究和結(jié)構優(yōu)化設計十分重要。</p><p>　　二、國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢</p><p>　　目前,大部分飛行模擬轉(zhuǎn)臺采用串聯(lián)式機構,而本設計則采用并聯(lián)式機械機構來實現(xiàn)的。采用并聯(lián)機構的優(yōu)點在于其承載能力大,機構簡單。本機構由上下兩個工作平臺,下平臺固定在地面

7、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,通過液壓缸上升高度的不同,來實現(xiàn)上平臺的傾斜,而上平臺可由電動機帶動旋轉(zhuǎn)從而達到模擬飛機在飛行過程中的各種狀態(tài)。</p><p>　　飛行模擬器研制及應用被認為是飛行模擬技術發(fā)展的基礎性工程和關鍵環(huán)節(jié)，一直受到世界各國尤其是發(fā)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(shù)量上一直居領先地位。據(jù)統(tǒng)計，美國的飛行模擬器研制和

8、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，其中包括先進的空地綜合飛行模擬系統(tǒng)。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。</p><p>　　我國在飛行模擬器研

9、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(fā)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(tǒng)模擬試驗臺、航空發(fā)動機模擬試驗臺。20世紀80年代發(fā)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(shù)能夠設計和建造空中飛行模擬器的國家之一，所以可堪稱為“飛行模擬器大國”。[1]</

10、p><p>　　1 單片機控制系統(tǒng)的發(fā)展概況</p><p>　　單片機，就是單片微型計算機的簡稱，又稱微控制器。[2]自上世紀70年代面世以來不過短短30余年的歷史，但因嵌入式應用而得到迅猛的發(fā)展，各種新穎的單片機層出不窮，令人目不暇接。它具有因體積小、成本低、控制能力強等優(yōu)點，又由于現(xiàn)在開發(fā)環(huán)境的不斷改善，正在以空前的速度迅速取代經(jīng)典電子系統(tǒng)，廣泛的應用于家用電器、機器人、工業(yè)控制單元、儀

11、器儀表、汽車電子系統(tǒng)、金融電子系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)等嵌入式產(chǎn)品中。</p><p>　　目前單片機的種類繁多，世界各國廠商已研制出大約50個系列、30多個品種的單片機產(chǎn)品。與早期經(jīng)典的8位單片機MCS－51相比，無論是頻率、字寬、尋址范圍、集成度等方面都有了巨大的突破?，F(xiàn)代科技的發(fā)展使得單片機的功能正日漸完善:</p><p>　　1、單片機集成越來越多資源，內(nèi)部存儲資源日益豐富，用戶不需要擴充

12、資源就可以完成項目開發(fā)，不僅是開發(fā)簡單，產(chǎn)品小巧美觀，同時系統(tǒng)也更加穩(wěn)定，目前該方向即是發(fā)展為SOC(片上系統(tǒng))。</p><p>　　2、單片機抗干擾能力加強，使的它更加適合工業(yè)控制領域，具有更加廣闊的市場前景。</p><p>　　3、單片機提供在線編程能力，加速了產(chǎn)品的開發(fā)進程，為企業(yè)產(chǎn)品上市贏得寶貴時間。</p><p>　　4、在線仿真變的容易。用戶一旦開

13、發(fā)一個比較大的系統(tǒng)，開發(fā)調(diào)試變的非常復雜，同時由于單片機資源有限，不能象PC一樣直接調(diào)試自己的軟件，于是出現(xiàn)了品種繁多的專業(yè)仿真器，為用戶的開發(fā)提供了強大功能，加速了開發(fā)進程，降低了開發(fā)難度。目前還已經(jīng)有公司推出了可以在線調(diào)試的單片機，使得單片機系統(tǒng)的調(diào)試與開發(fā)變得更加方便、快速。</p><p>　　隨著單片機的發(fā)展，人們對事物的要求越來越高，單片機的應用軟件技術也發(fā)生了巨大的變化，從最初的匯編語言，開始演變到

14、C語言開發(fā)，不但增加了語言的可讀性，結(jié)構性，而且對于跨平臺的移植也提供了方便，另外一些復雜的系統(tǒng)開始在單片機上采用操作系統(tǒng)，一些小的嵌入式實時操作系統(tǒng)（RTOS）等，一方面加速了開發(fā)人員的開發(fā)速度，節(jié)約開發(fā)成本，另外也為更復雜的實現(xiàn)提供了可能。當前比較流行的RTOS有:WINCE，uClinux，Linux，uC/OS等等。</p><p>　　本次設計的飛行模擬實驗轉(zhuǎn)臺在選擇控制系統(tǒng)時在綜合考慮了微機、單片機和

15、可編程控制器的成本、控制的難易程度和結(jié)構化布線等因素后，也擬定采用單片機進行控制。</p><p>　　2 PID控制算法的發(fā)展概況</p><p>　　PID（Proportional-Integral-Derivative）即比例、積分、微分，指的是一項流行的線性控制策略。由于在工業(yè)生產(chǎn)過程的實際控制中，總是存在外界的干擾和系統(tǒng)中各個參數(shù)的變化，它們將會使系統(tǒng)性能變差。為了改善系統(tǒng)的性

16、能，提高控制質(zhì)量，通常在控制中引入比例（Proportional）環(huán)節(jié)來提高系統(tǒng)的快速性；為了消除靜態(tài)誤差，提高精度，加強系統(tǒng)對參數(shù)變化的適應能力，引入積分(Integral)環(huán)節(jié)；為了提高系統(tǒng)對動態(tài)過程的預知能力，克服慣性的影響，引入微分(Derivative)環(huán)節(jié)。這就是通常所說的PID控制。[3]</p><p>　　按照偏差的比例、積分、微分進行控制（PID控制）是連續(xù)系統(tǒng)控制理論中技術最成熟、應用最為廣

17、泛的一種控制技術。它結(jié)構簡單、參數(shù)易于調(diào)整、穩(wěn)定性能好、可靠性高，使它在控制理論和技術飛速發(fā)展的今天仍然具有強大的生命力，在長期應用中已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗。特別是工業(yè)過程控制中，在決定系統(tǒng)參數(shù)的時候往往要借助現(xiàn)場調(diào)試和經(jīng)驗，在這種情況下，PID控制就更顯示它的威力。其應用經(jīng)久不衰，應用范圍越來越廣泛，改進方法也越來越多。二十世紀60年代發(fā)展、成熟起來的現(xiàn)代控制理論和近幾年發(fā)展的智能控制理論仍在大量的PID控制的方法和思想。按照偏差的比例

18、、積分和微分進行控制是過程控制中應用最為廣泛的一種控制規(guī)律。實際運行經(jīng)驗和理論分析都充分證明，這種控制規(guī)律在相當多的工業(yè)對象的控制中是可以得到較滿意的控制效果的，在計算機控制系統(tǒng)里首先采用的控制算式也是PID。</p><p>　　三、設計要求及工作內(nèi)容</p><p>　　1 .采用并聯(lián)機構，由三個液壓缸聯(lián)接上下兩個平臺，下平臺固定，上平臺的位姿通過液壓缸的伸縮調(diào)整。同時上平臺上安裝可以

19、繞軸旋轉(zhuǎn)機構，從而實現(xiàn)飛行姿態(tài)模擬。</p><p>　　2.由微機（單片機）控制液壓缸的伸縮，從而調(diào)整上平臺的位姿。</p><p>　　3.設計液壓飛行模擬轉(zhuǎn)臺的機械結(jié)構。</p><p>　　4.設計液壓缸的液壓系統(tǒng)。</p><p>　　5.設計單片機控制系統(tǒng)的電路。</p><p>　　6.設計相關控制算法。

20、</p><p>　　四、目標、主要特色及工作進度</p><p>　　目標：設計一個三由于液壓缸支撐并通過液壓缸上升高度的不同來實現(xiàn)一個傾斜角度,單片機控制，使用PID控制算法的飛行模擬實驗轉(zhuǎn)臺。</p><p>　　主要特色：該系統(tǒng)具有位置檢測和速度檢測功能，可通過改變液壓缸上升的高度不同使工作臺與水平面的夾角變化,實現(xiàn)飛機飛行時的各種傾斜狀態(tài),從而達到模擬飛機