专利名称：：一种飞行器姿态模拟三自由度电动转台的制作方法
技术领域：
：本发明属于仿真
技术领域：
，特别是涉及一种飞行器姿态模拟三自由度电动转台。
背景技术：
：目前，飞行运动及自动飞行控制系统仿真以实现飞行运动规律、飞行控制方法研究为目的，现有飞行控制系统中缺少飞行器姿态模拟三自由度电动转台，其平稳性差，模拟数据不准确，造成仿真效果偏差大，真实感差，失真现象严重，甚至由于数据失真造成训练结果与架机实操的不一致，带来飞行安全等隐患。急需一种飞行器姿态模拟三自由度电动转台来弥补此技术缺陷。
发明内容本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种飞行器姿态模拟三自由度电动转台。本发明的目的是提供一种结构简单、装配紧凑、经济实用、数据准确、仿真度高，模拟飞行器姿态的精度高和动态性能好等特点的飞行器姿态模拟三自由度电动转台。本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是—种飞行器姿态模拟三自由度电动转台，其特点是三自由度电动转台包括内框、中框、外框和台体基座，在台体基座上装有外框，外框装有中框，中框装有内框；外框转轴有一台驱动直流力矩电机，电机、码盘同轴安装；中框轴置于外框架上，有两台并联驱动直流力矩电机，电机、码盘分置两端；内框有一台驱动直流力矩电机，码盘、电机同轴安装，外框、中框和内框轴在空间上相互垂直，且交于一点。本发明还可以采用如下技术方案所述的飞行器姿态模拟三自由度电动转台，其特点是外框和中框为半框式音叉结构，内框为一个平面圆盘。所述的飞行器姿态模拟三自由度电动转台，其特点是内框、中框、外框驱动直流力矩电机设有位置反馈元件光电编码盘。所述的飞行器姿态模拟三自由度电动转台，其特点是内框连装有负载安装夹具、电机、电机转轴、支承轴承、码盘，负载安装夹具固定在电机转轴上，电机转轴有支承轴承，电机转轴连装有码盘。所述的飞行器姿态模拟三自由度电动转台，其特点是中框设有左、右两根半轴、轴承、码盘；左、右两根半轴安装在中框的两侧，由一对角接触轴承支承在外框架上；码盘安装在左、右半轴上。所述的飞行器姿态模拟三自由度电动转台，其特点是外框设有外框电机、电机转轴、轴承、码盘；外框的半框结构空心腔内有加强筋；外框连装在电机转轴上，电机转轴有角接触轴承支承，电机转轴下端的有辅助轴承，电机转轴下部连装有编码器。所述的飞行器姿态模拟三自由度电动转台，其特点是外框与基座间装有刻度盘。本发明具有的优点和积极效果是飞行器姿态模拟三自由度电动转台由于采用了本发明的技术方案，与现有技术相比具有结构简单、装配紧凑、经济实用、数据准确、仿真度高，模拟飞行器姿态的精度高和动态性能好等优点。图1是本发明的装配结构示意图；图2是本发明内框结构示意图；图3是本发明中框结构示意图；图4是本发明外框及基座结构示意图；图5是外框结构示意图；图6是图5的俯视结构示意图；图7是外框轴结构示意图；图8是图7的俯视结构示意图；图9是转台系统总体结构框图；图10是三框伺服控制系统原理图；图ll是操纵台前面板布局。图中，1-基座，2-外框，2.1-刻度盘，2.2-轴承组件，2.3-外框主轴，2.4-电机，2.5-辅助轴承，2.6-编码器，3-中框，3.1-中框轴，3.2-轴承组件，3.3-电机，4-内框，4.1-夹具，4.2-内框轴，4.3-轴承组件，4.4-辅助轴承，4.5_编码器，4.6-限位开关，4.7-刻度盘。具体实施例方式为能进一步了解本发明的
发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下参阅附图l至图ll。实施例1—种飞行器姿态模拟三自由度电动转台，包括内框4、中框3、外框2和台体基座1，在台体基座1上装有外框2，外框2装有中框3，中框3装有内框4;外框转轴有一台驱动直流力矩电机，电机、码盘同轴安装；中框轴置于外框架上，有两台并联驱动直流力矩电机，电机、码盘分置两端；内框有一台驱动直流力矩电机，码盘、电机同轴安装，外框、中框和内框轴在空间上相互垂直，且交于一点。基座为立方体，三个框架设计为u-u-i形，即外框和中框均为半框式音叉结构，内框为一个平面圆盘，其基本尺寸由负载安装空间确定。内框、中框、外框驱动直流力矩电机设有位置反馈元件光电编码盘。内框4连装有负载安装夹具4.1、电机、电机内框转轴4.2、支承轴承组件4.3、编码器4.5，负载安装夹具4.1固定在电机内框转轴4.2上，电机内框转轴4.2有辅助轴承4.4，电机转轴连装有编码器4.5。电机转轴连装有刻度盘4.7，内框设有转动限位开关4.6。中框3设有左、右两根半中框轴3.1、轴承组件3.2、电机3.3、编码器；左、右两根半轴安装在中框的两侧，由一对角接触轴承组件3.2支承在外框架上；编码器、刻度盘分别安装在右半轴上。外框2设有外框电机2.4、电机外框主轴2.3、轴承组件2.2、编码器2.6;外框2的半框结构空心腔内有加强筋；外框2连装在电机外框主轴2.3上，外框主轴2.3有角接触轴承组件2.2支承，电机主轴2.3下端的有辅助轴承2.5，电机主轴2.3下部连装有编码器2.6，外框2与基座1间装有刻度盘2.1。本实施例的具体结构及其工作原理如下1.转台组成结构飞行器姿态模拟三自由度电动转台由基座和三个运动框架组成，用以安装试验负载，模拟飞行器的三维姿态运动。转台转动轴坐标系依据飞行器运动坐标系而定。飞行器的姿态运动坐标轴系(机体轴系)和相应的转台转动轴坐标系设置为三轴转台的内、中、外三框的转动轴分别对应飞行器的"滚动轴"、"俯仰轴"和"偏航轴"，即以内框表征飞行器的滚转运动，中框表征俯仰运动，外框表征偏航运动。转台三轴在空间相互垂直，且交于一点。结合三轴坐标轴系，转台整体由内框、中框、外框和台体基座四部分组成。其结构基座为立方体，三个框架设计为u-u-i形，即外框和中框均为半框式音叉结构，内框为一个平面圆盘，其基本尺寸由负载安装空间确定。三框均由直流力矩电机直接驱动，采用光电编码盘为位置反馈元件。内框采用一台直流力矩电机驱动，码盘、电机同轴安装；中框轴置于外框架上，采用两台直流力矩电机并联驱动，为使外框架运动平稳，电机、码盘分置两端。外框转轴采用一台直流力矩电机驱动，电机、码盘同轴安装。如图1所示。(1)内框轴系组件内框轴系是三轴转台的关键组成部分之一，它包括内框(即内框电机转轴)、负载安装夹具、内框电机、支承轴承、码盘等，如图2所示。内框安装盘采用LC4高强度合金铝制造。(2)中框轴系组件中框轴系包括中框、中框左右半轴、中框驱动电机、轴承、码盘等。中框轴系组件支承在外框架上，如图3所示。中框轴系由左、右两根半轴构成，分别安装在中框的左右两侧，由一对角接触轴承支承在外框架上。轴的形状、尺寸都由结构设计确定，材料为40Cr合金钢。两个驱动电机、码盘分别安装在左、右半轴上。(3)外框轴系组件外框轴系组件由外框、外框轴、外框电机、轴承、码盘、底座等组成，如图4所示。外框为半框结构，壁厚15mm，在空心腔内增加一加强筋，以增加外框架的整体刚度和强度。框架采用铸造方式，材料为ZL107并进行淬火时效处理。外框轴是三轴台的总承重旋转件，为保证精度和性能，外框轴必须有足够的刚度和强度如图5。外框轴为中空整体型结构，采用40Cr合金钢材，其外形如图6所示。—对大孔径角接触轴承相对安装，为主要承力件，并稳定主轴系运转。下端的小轴承，能更好地增加主轴系的稳定性，提高码盘的安装精度。驱动电机安装在两主承力轴承与辅助轴承之间，能更好地保证主轴运转的平稳性。码盘是不受力的精密测量元件，安装在主轴的最下端。台体底座为铸铁件，采用HT300铸铁，具有吸震性能强、抗压强度高、稳定性好等特点。加工前进行人工时效处理，底座底部安装楔形调平地脚，并在上表面适当位置配有吊装孔。2.使用的装置1)三轴驱动电机a.电机需用功率计算；电机需用的功率与负载、框架结构和系统动态性能要求有关。依据负载特性、安装形式和初步确定的框架结构尺寸，可以确定出相对各框转动轴的转动惯量，由系统的动态性能(频带、最大加速度)，即可确定相应各轴驱动电机的需用力矩。各框的转动惯量及所需电机的性能数据见表l。表1各框转动惯量及所需驱动力矩<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>b.各框驱动电机的选型配置电机选配的基本原则满足最大驱动力矩和系统性能要求，技术成熟、性能可靠、电磁兼容性好。鉴于此采用精密直流有刷力矩电机。对于微机控制下该类型直流力矩伺服系统，我们已有比较完善的技术配套措施、比较成熟有效的控制策略和方法，以及一些实现电磁兼容性好、抗干扰能力强的经验和技术措施。初步配置各框的电机数据及参数型号如表2所示。表2各框电机主要性能参数<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>2)角位置测量装置_光电编码盘的选配编码盘选配的主要依据是转台系统角位置测量分辨率、测量准确度和系统的动态性能要求。由技术规格要求角位置分辨率±0.002，角位置准确度±7.2"，系统最宽通频带(内框)10Hz，现三框均选用德国Heidenhain公司的ERN180型码盘，其主要性能数据如表3。表3ERN180码盘主要性能数据增量信<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>上述元部件配置从根本上保证了转台系统的动态及静态性能指标的实现。3)轴承的选配为保证位置精度和低速性能，采用国外高性能、高等级的优质轴承，同时进行优化的轴系设计，并在控制系统中采用合适的控制策略，使系统达到满意的性能。轴承的主要技术数据列于表4。表4各框轴承型号及参数<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>3、转台控制系统控制系统是转台的重要组成部分，其主要功能是实现控制策略、完成技术性能、功能，保证系统安全可靠地工作。1)控制系统的结构组成图7为转台系统总体结构图。采用集散式(DCS)控制机制，以上、下位机形成两级控制结构，实现系统的分散直接控制和集中综合监控管理功能。上位机形成转台系统的集中监控、综合管理级，主要实现系统实时在线综合管理、性能检测、安全保护及监控功能。下位机是转台控制系统的直接控制级，用以构成转台内、中、外框三个独立的伺服控制回路。图8为内、中、外框伺服控制系统原理图。在伺服系统中，由码盘和IK121接口卡构成数字式角位置反馈回路，满足系统的精度和动态性能要求。2)控制系统的工程实现电控部分包括操纵台和控制柜。操纵台为弱电部分，放置上位机、下位机、CMS检测系统，其前面板布局如图9所示，面板左侧的"内框"、"中框"、"外框"为各框工作指示灯，右侧的"停止"、"准备"、"运行"为工作状态切换按钮，均通过电缆与CMS检测系统相连。"停止"、"准备"和"运行"三个工作状态按钮使系统调试方便、操作安全可靠，可以通过前面板上的工作状态按钮进行人工操作，也可通过上位机软件进行操作。按下"停止"按钮时，转台各框架停在原位。控制柜为强电部分，放置三框功率放大器(P丽)和变压器装置。电控柜各单元设有电源开关，每个机柜设有一个总电源开关。两个机柜内部各单元之间的连接通过专用电缆完成。8权利要求一种飞行器姿态模拟三自由度电动转台，其特征是三自由度电动转台包括内框、中框、外框和台体基座，在台体基座上装有外框，外框装有中框，中框装有内框；外框转轴有一台驱动直流力矩电机，电机、码盘同轴安装；中框轴置于外框架上，有两台并联驱动直流力矩电机，电机、码盘分置两端；内框有一台驱动直流力矩电机，码盘、电机同轴安装，外框、中框和内框轴在空间上相互垂直，且交于一点。2.根据权利要求1所述的飞行器姿态模拟三自由度电动转台，其特征是外框和中框为半框式音叉结构，内框为一个平面圆盘。3.根据权利要求1所述的飞行器姿态模拟三自由度电动转台，其特征是内框、中框、外框驱动直流力矩电机设有位置反馈元件光电编码盘。4.根据权利要求1、2或3所述的飞行器姿态模拟三自由度电动转台，其特征是内框连装有负载安装夹具、电机、电机转轴、支承轴承、码盘，负载安装夹具固定在电机转轴上，电机转轴有支承轴承，电机转轴连装有码盘。5.根据权利要求1、2或3所述的飞行器姿态模拟三自由度电动转台，其特征是中框设有左、右两根半轴、轴承、码盘；左、右两根半轴安装在中框的两侧，由一对角接触轴承支承在外框架上；码盘安装在左、右半轴上。6.根据权利要求1、2或3所述的飞行器姿态模拟三自由度电动转台，其特征是外框设有外框电机、电机转轴、轴承、码盘；外框的半框结构空心腔内有加强筋；外框连装在电机转轴上，电机转轴有角接触轴承支承，电机转轴下端的有辅助轴承，电机转轴下部连装有编码器。7.根据权利要求6所述的飞行器姿态模拟三自由度电动转台，其特征是外框与基座间装有刻度盘。全文摘要本发明涉及一种飞行器姿态模拟三自由度电动转台。本发明属于仿真
技术领域：
。一种飞行器姿态模拟三自由度电动转台，其特点是三自由度电动转台包括内框、中框、外框和台体基座，在台体基座上装有外框，外框装有中框，中框装有内框；外框转轴有一台驱动直流力矩电机，电机、码盘同轴安装；中框轴置于外框架上，有两台并联驱动直流力矩电机，电机、码盘分置两端；内框有一台驱动直流力矩电机，码盘、电机同轴安装，外框、中框和内框轴在空间上相互垂直，且交于一点。本发明具有结构简单、装配紧凑、经济实用、数据准确、仿真度高，模拟飞行器姿态的精度高和动态性能好等优点。文档编号G09B9/12GK101794524SQ20091024481公开日2010年8月4日申请日期2009年12月15日优先权日2009年12月15日发明者付永领,孙丹,林家泉,王力,王坤,白玲,罗云林,郭晓静,陈斌,韩蕾申请人:中国民航大学