基于C8051F單片機和CANbus的航空三軸伺服轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究.pdf

1、隨著國家在航空航天領(lǐng)域取得的成就，隨著“神五”、“神六”的飛行成功，中國在世界航天史上已經(jīng)具有舉足輕重的地位。轉(zhuǎn)臺作為航空、航天等領(lǐng)域中進行半實物仿真和測試的關(guān)鍵設(shè)備，在飛行器的研制過程中起著極其重要的作用。轉(zhuǎn)臺性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到仿真和測試試驗的可靠性和置信度，是保證航空、航天產(chǎn)品和武器系統(tǒng)精度及性能的基礎(chǔ)。因此，轉(zhuǎn)臺的研究和制造對航空、航天工業(yè)和國防建設(shè)的發(fā)展具有重要的意義。 論文首先分析了三軸伺服轉(zhuǎn)臺的機械結(jié)構(gòu)、機械指標、

2、伺服系統(tǒng)機理和技術(shù)要求，根據(jù)旋轉(zhuǎn)變換理論和拉格朗日方程等數(shù)學理論知識并結(jié)合相應(yīng)的物理定律對轉(zhuǎn)臺進行了動力學分析，建立了三自由度轉(zhuǎn)臺的空間坐標系和動力學理論方程，然后結(jié)合執(zhí)行電機模型和測角系統(tǒng)模型等得出了三軸轉(zhuǎn)臺的動力學數(shù)學模型。 其次介紹了伺服系統(tǒng)的概念、動穩(wěn)態(tài)性能以及現(xiàn)代伺服技術(shù)的發(fā)展情況，并指出了本課題所采用的技術(shù)的流行性和先進性，然后引出了本系統(tǒng)的總體設(shè)計方案并給出了總體設(shè)計方案框架原理圖，同時提出了兩個設(shè)計平臺:硬件平臺

3、和“軟”控制器平臺——算法，即伺服控制仿真系統(tǒng)的核心部分。在硬件平臺中，設(shè)計了基于CAN總線適配器的三處理器并行采集和處理的單片機系統(tǒng)，并著重對CAN總線通信電路進行了設(shè)計和調(diào)試；在“軟”控制器平臺中，主要是嵌入了伺服運動的控制算法，比如PIP算法、PID算法以及位置插補算法等等。然后在這兩個平臺的基礎(chǔ)上，給出了“三環(huán)”控制電路的硬件設(shè)計和控制算法實現(xiàn)流程。 再次介紹了CAN總線的概念、原理、通信協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建原理和拓撲結(jié)構(gòu)，簡

4、單陳述了CAN總線系統(tǒng)的設(shè)計標準，并詳細分析了上位仿真PC機CAN總線通信適配卡的硬件結(jié)構(gòu)和工作原理，給出了電路中用到的高速光耦6N137芯片、CAN總線收發(fā)器TJA1050芯片的使用方法和設(shè)計思路，在此基礎(chǔ)上運用Protel99se設(shè)計了CAN總線通信接口電路。 最后是上位仿真計算機的軟件監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)與設(shè)計，屬于管理層等級，是實現(xiàn)人機對話的平臺，這里采用VB6.0軟件進行開發(fā)。采用功能結(jié)構(gòu)化和模塊化的設(shè)計理念，設(shè)計出了仿真系