飛行模擬轉臺設計開題報告

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導彈來進行實驗采集數(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)飛機或導彈的飛行狀態(tài)，這樣飛行模擬實驗轉臺得以發(fā)展。該轉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)既達到了對飛機或導彈性能參數(shù)的采集，進而改進，在成本上遠遠低于一架飛機或導彈的價格，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、模擬飛行器或導彈在空中飛行姿態(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，尤其是對框架等結構支撐部件的動態(tài)特性研究和結構優(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試的單片機，使得單片機系統(tǒng)的調試與開發(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。它結構簡單、參數(shù)易于調整、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整。同時上平臺上安裝可以

19、繞軸旋轉機構，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，從而調整上平臺的位姿。</p><p>　　3.設計液壓飛行模擬轉臺的機械結構。</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