微小型无人直升机三轴飞行仿真转台设计研究

摘要

微小型无人直升机在军事和民用方面都具有广泛的应用价值，近年来成为国内外很多机构和组织的研究对象。目前，国内对于微小型无人直升机的研究仍处在起步阶段。在飞行器研制过程中，飞行仿真试验是必不可少的重要步骤。而三轴飞行仿真转台是半实物飞行仿真试验系统中的关键设备。它可用于飞行控制系统与惯性导航系统的标定和闭环仿真实验。一般的大型飞行仿真转台产品大都体积庞大、结构复杂、价格昂贵，因此我们有必要研制一种适用于研制微小型无人直升机的小型三轴飞行仿真转台。 本文正是基于以上出发点而设计了一种基于三菱MR-J2S交流伺服系统的微小型无人直升机三轴飞行仿真转台。首先，我们给出了三轴转台的动力学模型。然后介绍该转台的总体设计。转台在总体上采用卧式布局，交流伺服电机直接驱动的方式。接着文章详细探讨了转台几个重要方面的设计。机械设计方面包括框架设计、电机容量选择和精度校验等。在控制系统设计方面，转台采用上、下位机两级控制结构，上下位机之间采用串行通讯。使用光电编码器作为反馈元件构成位置闭环控制，并在位置控制和速度控制中采用了PID控制器。最后，本文介绍了上位机控制软件的功能和实现。含实物仿真试验结果表明，转台的控制品质基本满足设计要求。

目录

文摘

英文文摘

致谢

第一章绪论

1.1论文背景介绍

1.1.1无人飞行器概述

1.1.2微小型无人直升机

1.2飞行仿真转台

1.2.1仿真技术及飞行仿真

1.2.2飞行仿真转台

1.3国内外仿真转台的发展状况

1.4本论文的主要内容

第二章转台总体设计方案

2.1三轴转台的工作原理及数学模型

2.1.1三轴转台的工作原理

2.1.2三轴转台的动力学模型

2.2三轴转台技术指标

2.2.1飞行仿真转台的关键性能指标

2.2.2确定本三轴转台技术指标的出发点

2.2.3转台的技术指标

2.3总体结构与驱动设计

2.3.1总体结构

2.3.2驱动方式及驱动元件

2.4控制系统

第三章仿真转台机械设计

3.1台体结构设计

3.1.1基座

3.1.2框架

3.1.3电机安装、轴承和连轴器

3.1.4限位开关

3.2电机容量选择

3.2.1内环电机

3.2.2中环电机

3.2.3外环电机

3.3转台的标定检测

第四章转台伺服控制系统设计

4.1伺服控制系统介绍

4.1.1伺服控制技术的发展

4.1.2伺服控制系统的组成

4.2三轴转台伺服控制系统的结构原理

4.3三菱MR-J2S交流伺服系统

4.3.1性能介绍

4.3.2系统构成

4.3.3控制模式

4.3.4角位置传感器

4.3.5控制算法与参数调整

4.4三轴转台通信系统

4.4.1通信系统结构

4.4.2通信规则

第五章上位机控制软件设计

5.1上位机控制软件的主要功能

5.2软件流程

5.2.1上位机控制软件主程序流程

5.2.2伺服控制状态下的流程

5.3串行通信模块编程

5.4精密定时器类的实现

5.5软件界面设计

第六章结论与展望

参考文献

攻读硕士期间完成的学术论文

作者简介