三軸轉(zhuǎn)臺(tái)臺(tái)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、南通大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告學(xué)生姓名朱志俊學(xué) 號(hào)0810012224專業(yè)機(jī)械工程及自動(dòng)化課題名稱三軸轉(zhuǎn)臺(tái)臺(tái)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)閱讀文獻(xiàn)情 況國內(nèi)文獻(xiàn) 15 篇開題日期2012年3月7日國外文獻(xiàn) 9 篇開題地點(diǎn)12#205一 文獻(xiàn)綜述與調(diào)研報(bào)告：（闡述課題研究的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，本課題研究的意義和價(jià)值、參考文獻(xiàn)）現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)三軸仿真轉(zhuǎn)臺(tái)作為航空、航天等領(lǐng)域中進(jìn)行半實(shí)物仿真和測試的關(guān)鍵設(shè)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(zhuǎn)臺(tái)性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到仿真和測試實(shí)驗(yàn)的可靠性和置信度，是保證航空、航天型號(hào)產(chǎn)品和武器系統(tǒng)精度及性能的基礎(chǔ)。因此，三軸仿真轉(zhuǎn)臺(tái)的研究和制造對(duì)航空、航天工業(yè)和國防建設(shè)

2、的發(fā)展具有重要意義。 仿真轉(zhuǎn)臺(tái)性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到仿真試驗(yàn)可靠性和置信度，是制導(dǎo)回路精度的關(guān)鍵。這給兼顧岸艦和艦空導(dǎo)彈導(dǎo)引頭仿真的三軸仿真轉(zhuǎn)臺(tái)高實(shí)時(shí)、高精度和高頻響等技術(shù)指標(biāo)提出了很高要求，這給仿真轉(zhuǎn)臺(tái)的總體方案確定和研制提出了新的課題，也給轉(zhuǎn)臺(tái)測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)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(tǒng)的研究開發(fā)，投入大量的人力、物力。美國是世界上最早研制和使用轉(zhuǎn)臺(tái)的國家，它的第一臺(tái)轉(zhuǎn)臺(tái)于1945年誕生于麻省理工學(xué)院(MIT)。至今為止，美國轉(zhuǎn)臺(tái)的研制和使用，無論在數(shù)量、種類，還是在精度和自動(dòng)化程度上都居于世界領(lǐng)先地位，代表了當(dāng)今世界轉(zhuǎn)臺(tái)的發(fā)展水平和

3、方向。英、法、德等國也從事轉(zhuǎn)臺(tái)的研制工作，但無論投入的人力和財(cái)力，還是所達(dá)到的水平都不如美國。俄羅斯的慣性技術(shù)水平也較高，但由于保密性強(qiáng)，對(duì)其具體情況了解不多。美國60年代開始，對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)的主要部件如軸承、驅(qū)動(dòng)元件、角度傳感器和檢測儀器進(jìn)行了系統(tǒng)的改進(jìn)，研制成功了專用于轉(zhuǎn)臺(tái)的空氣軸承，大調(diào)速比、高精度液壓馬達(dá)和高分辨率的角度傳感器，并開發(fā)了宇航專用飛行仿真軟件，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)仿真由模擬系統(tǒng)向數(shù)字仿真系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變，由部分功能仿真向全彈道仿真的轉(zhuǎn)變，代表了目前國際的先進(jìn)水平。1969年之后，美國的轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)和制造進(jìn)入了系列化階段:位于賓夕法尼亞匹茲堡的康特維斯-戈?duì)柶澒?Conirvs- Goez Coop

4、eratio，簡稱CGC)成為美國制造慣性導(dǎo)航測試設(shè)備和運(yùn)動(dòng)模擬系統(tǒng)的主要廠商，并一直代表著美國乃至世界慣性設(shè)備，尤其是轉(zhuǎn)臺(tái)的發(fā)展水平。從70年代初開始，CGC著手研制并生產(chǎn)系列多軸陀螺測試轉(zhuǎn)臺(tái)， 1972年為DraPer實(shí)驗(yàn)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(zhuǎn)臺(tái)，1978年為西德航空航天研究試驗(yàn)院研制成功了53G一型轉(zhuǎn)臺(tái)。53系列轉(zhuǎn)臺(tái)臺(tái)體的形式均為多軸，其中53B型為四軸慣性制導(dǎo)測試系統(tǒng)，53D型、53E型、53G型、53W型為三軸轉(zhuǎn)臺(tái)，普遍采用了氣浮軸承，軸系回轉(zhuǎn)精度和正交精度均達(dá)到角秒級(jí)，使用感應(yīng)同步器作測角元件，測角精度和定位精度均達(dá)到

5、1角秒。1984年CGC公司開始研制“高精度三軸測試臺(tái)ITATT''，ITATT''是超精密三軸測試設(shè)備，其三軸的綜合指向精度小于1，0.001200°/s下的瞬時(shí)速率誤差<=10-6。ITATT在軸承、臺(tái)體結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)裝置、測角系統(tǒng)、控制方法、電氣系統(tǒng)和信號(hào)傳輸與處理方面都有許多新技術(shù)得以應(yīng)用，比如采用有源磁懸浮軸承。隨著尋的制導(dǎo)半實(shí)物仿真的需要，國外還研制出五軸轉(zhuǎn)臺(tái)。美國卡坷公司生產(chǎn)的5一450R.5型轉(zhuǎn)臺(tái)，其內(nèi)面三軸模仿導(dǎo)彈的姿態(tài)角運(yùn)動(dòng)，外面兩軸用于目標(biāo)仿真。仿真系統(tǒng)進(jìn)入了實(shí)用化和商業(yè)化階段，對(duì)高精度導(dǎo)航控制系統(tǒng)的研發(fā)起了極大的促進(jìn)作用。由于

6、仿真轉(zhuǎn)臺(tái)在軍事和國防上的敏感性，國外一直對(duì)我國進(jìn)行技術(shù)封鎖和禁運(yùn)。 我國的轉(zhuǎn)臺(tái)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(jìn)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(lǐng)域與世界先進(jìn)水平之間的差距也在一步一步地縮小。我國研制轉(zhuǎn)臺(tái)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(zhuǎn)臺(tái)。1975年，航空部303所研制成功了SFT-1-1型伺服轉(zhuǎn)臺(tái)，該轉(zhuǎn)臺(tái)首次使用光柵作為精密測角元件。1979年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)與原六機(jī)部6354所及441廠合作，研制出我國第一臺(tái)TPCT-I型雙軸伺服轉(zhuǎn)臺(tái)-7191雙軸空氣軸承轉(zhuǎn)臺(tái)，該轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)外均采用空氣靜

7、壓軸承支撐，用同步感應(yīng)器作為測角元件，交流力矩電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。1982年6354所研制成7191-型雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)，該轉(zhuǎn)臺(tái)是TPCT-型轉(zhuǎn)臺(tái)的改進(jìn)型，它在連續(xù)工作方面較TPCT-I型轉(zhuǎn)臺(tái)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(zhuǎn)臺(tái)，該轉(zhuǎn)臺(tái)是我國最大的雙軸伺服轉(zhuǎn)臺(tái)。1985年，哈工大研制出我國第一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制轉(zhuǎn)臺(tái)DPCT-型單軸轉(zhuǎn)臺(tái)，該轉(zhuǎn)臺(tái)通過計(jì)算機(jī)參與控制提高了控制精度和自動(dòng)化水平。1987年哈工大與6354所共同研制成功了CCGT型測試轉(zhuǎn)臺(tái)，該轉(zhuǎn)臺(tái)是我國第一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制的雙軸測試轉(zhuǎn)臺(tái)。同年，哈工大研制成功了GZT型雙軸位置臺(tái)，采用端齒盤作為角位置測量元件。1990年303所

8、成功研制了SGT-1型三軸測試轉(zhuǎn)臺(tái)，是我國第一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制的高精度三軸測試轉(zhuǎn)臺(tái)。 近幾年來，國內(nèi)新研制成功了一些仿真轉(zhuǎn)臺(tái)，特別是哈工大相繼成功研制了一系列電動(dòng)仿真測試轉(zhuǎn)臺(tái)，包括GST-型三軸測試轉(zhuǎn)臺(tái)，ET201A型二軸測試轉(zhuǎn)臺(tái)，ET101A型高頻響單軸測試臺(tái)，ET301A型三軸仿真測試轉(zhuǎn)臺(tái)，同時(shí)還有一批高性能的轉(zhuǎn)臺(tái)仍在研制之中，這些轉(zhuǎn)臺(tái)都以高性能計(jì)算機(jī)作為測控系統(tǒng)的核心，順應(yīng)計(jì)算機(jī)參與轉(zhuǎn)臺(tái)控制與測試這一發(fā)展趨勢(shì)，進(jìn)而大大提高了轉(zhuǎn)臺(tái)的自動(dòng)化水平，使我國的轉(zhuǎn)臺(tái)研制工作在某些方面已經(jīng)接近甚至趕上了國際先進(jìn)水平。意義和價(jià)值在畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我負(fù)責(zé)的是三軸轉(zhuǎn)臺(tái)臺(tái)體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。根據(jù)用戶提出的技術(shù)指標(biāo)通過對(duì)國內(nèi)

9、外現(xiàn)有轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)型式的分析比較，首先，根據(jù)負(fù)載的結(jié)構(gòu)尺寸特點(diǎn)，通過對(duì)比分析確定總體設(shè)計(jì)方案，選擇適當(dāng)?shù)目蚣芙Y(jié)構(gòu)和材料等。其次，由內(nèi)到外對(duì)各機(jī)械部分進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，并根據(jù)負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量以及角速度、角加速度要求，選擇各環(huán)電機(jī)及測角元件。最后，在設(shè)計(jì)的過程中進(jìn)行電機(jī)與軸聯(lián)結(jié)處的螺栓的強(qiáng)度校核。通過仿真分析結(jié)果，分析結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的薄弱環(huán)節(jié)，在滿足剛度的前提下對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。最后通過實(shí)驗(yàn)測試了轉(zhuǎn)臺(tái)的測量精度并對(duì)影響精度的主要因素進(jìn)行分析。預(yù)計(jì)通過此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，將所學(xué)的機(jī)械設(shè)計(jì)與機(jī)電一體化的相關(guān)知識(shí)融會(huì)貫通，為今后的工作打下基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)1 美國慣導(dǎo)測試技術(shù)的現(xiàn)狀及趨勢(shì).中國慣導(dǎo)技術(shù)學(xué)會(huì),1987 5-46

10、2 賀小蓉.飛行仿真轉(zhuǎn)臺(tái)現(xiàn)代控制技術(shù)研究.南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文，2002: 1頁3 鄒秀斌.三軸仿真轉(zhuǎn)臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)研究.合肥工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文，2005:2頁4 路周才.三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的原理及控制.寶雞文理學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）,19955 張先彤、張慶春、陳時(shí)錦、梁迎春.OUT型閉式三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).中國慣性技術(shù)學(xué)報(bào)19966 劉曉華.全自動(dòng)三維多功能慣導(dǎo)測試系統(tǒng)機(jī)械臺(tái)體設(shè)計(jì)與檢測.合肥工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文7 陳時(shí)錦、張龍江、蔡鶴皋.三軸轉(zhuǎn)臺(tái)框架的形狀優(yōu)化設(shè)計(jì).中國慣性技術(shù)學(xué)報(bào)19968 A Louis. Design Study for a High Accuracy Three-Axis

11、 Test Table. AIAAGuidance and Control Conference, New York, 1985: 50-559 J.P etrolito,B .W .G olley.D ynamicA nalysiso fO rthotropicP latesU sing Finite Strip-elements. Computational Mechanics, 1991:1127113210 Li, Guozhong; Zu, Wenhui; Li, Pude; Huang, Jun SourceTurnplate location hydraulic servo mo

12、tor with the full-hydraulic steering gearFluid Power Transmission and Control - Proceedings of the 2nd International Conference, 198911 Design Study of High Accuracy Three Axis Test Table Louis A.Demore CGC Interim report 198512 曾慶雙，王茂，劉升才.三軸轉(zhuǎn)臺(tái)框架動(dòng)力學(xué)耦合及解耦研究.科學(xué)出版社 199313 姜復(fù)興、龐志成.慣性測試設(shè)備原理與設(shè)計(jì).哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社

13、，199814 李尚義等.三軸飛行仿真轉(zhuǎn)臺(tái)總體設(shè)計(jì)及其關(guān)鍵技術(shù). 宇航學(xué)報(bào),1995, 2.15 李國洪.三軸仿真轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)D：哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論 文,1997.7.16 M.J. D. Powell. Algorithm for nonlinear constrains that use lagrangian function J. Math. Prog., V. 14, 1980.17 陳興林.三軸飛行仿真轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究D. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué), 199418 Louis. A. Demove. Design Study for High Accuracy T

14、hree-axis Test Table. AIAA. Guidance and Control Conference, 1985.19 郎需英. 三軸慣導(dǎo)測試臺(tái).系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào), 2001, 3, vol 13, No2.20 H. Jonsson, G. Malmberg Optimal Trust Vestor Control for Vertical Launch of Tactical Missibles, J. Guidance 1982, 5(6)21 CGC Interim Report on Improved Three Axis Test Table: Program Sta

15、tus and Recommendation for Completion, 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(zhuǎn)臺(tái)測角系統(tǒng)研究. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2006,2: 167-169.24 張建華, 三軸轉(zhuǎn)臺(tái)外框的建模和應(yīng)力分析.西安工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào). 2002, 3:11-15二 本課題的基本內(nèi)容，預(yù)計(jì)解決的難題本課題主要進(jìn)行三軸仿真轉(zhuǎn)臺(tái)臺(tái)體的設(shè)計(jì)工作：（1）了解三軸仿真轉(zhuǎn)臺(tái)的工作原理、整體結(jié)構(gòu)；

16、（2）了解其應(yīng)用的動(dòng)態(tài)與進(jìn)展情況。（3）三軸仿真轉(zhuǎn)臺(tái)臺(tái)體設(shè)計(jì)。經(jīng)過畢業(yè)設(shè)計(jì)的培訓(xùn)，我能夠得到工程設(shè)計(jì)能力的提高，全面地、系統(tǒng)地鍛煉獨(dú)立科研的能力。三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)工作后，提交規(guī)定的設(shè)計(jì)圖紙和撰寫相關(guān)畢業(yè)論文。關(guān)鍵問題：主要技術(shù)要求：1.轉(zhuǎn)軸定義：內(nèi)軸為橫滾，中軸為俯仰，外軸為航向。2.負(fù)載尺寸及重量：外形尺寸520×520×500mm,重量不大于40Kg。3.轉(zhuǎn)角范圍：無限轉(zhuǎn)角4.最大加速度：內(nèi)框：4000°/ ,中框3000°/ ，外框2000°/ 。5.頻率響應(yīng)：雙十指標(biāo)，輸入信號(hào)峰峰1°時(shí)，內(nèi)框：12Hz,中框：10Hz,外框：

17、8Hz。6.靜態(tài)位置伺服精度：小于10。7.三軸傾角回轉(zhuǎn)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(dǎo)電滑環(huán)50環(huán)，3A,其中40環(huán)帶屏蔽。三 課題的研究方法、技術(shù)路線通過文獻(xiàn)檢索和查閱有關(guān)的文獻(xiàn)資料，了解并掌握三軸仿真轉(zhuǎn)臺(tái)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及其應(yīng)用前景，撰寫有關(guān)的論文?；趯?duì)國內(nèi)外三軸轉(zhuǎn)臺(tái)臺(tái)體結(jié)構(gòu)的分析，需要完成以下工作：根據(jù)負(fù)載的特點(diǎn)確定轉(zhuǎn)臺(tái)的總體結(jié)構(gòu)方案，根據(jù)基本的結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)參數(shù)確定電機(jī)的類型，選擇所需的傳感器。用Autocad作出轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)圖以及三維實(shí)體造型。四 研究工作條件和基礎(chǔ)1、通過前期各環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的培養(yǎng)已具備機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的能力；2、具有掌握新技術(shù)和獨(dú)立學(xué)習(xí)的能力；3、指導(dǎo)教師具有從事機(jī)械制造方面的科研背景，能在指導(dǎo)過程中通過理論知識(shí)的講授，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)，達(dá)到完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求。五、進(jìn)度計(jì)劃起訖日期工作內(nèi)容3.5 - 3.20文獻(xiàn)檢索，閱讀資料，了解基本工作原理、設(shè)計(jì)現(xiàn)狀和進(jìn)展情況。小組討論3.21 - 4.2整理收集有關(guān)資料，提出設(shè)計(jì)方案小組討論，開題4.3 - 4.