总装调试台自动控制系统研究

论文摘要

随着世界军事高技术的迅猛发展,数字化、信息化、网络化技术在武器装备发展中得到了广泛的应用,并使武器装备的性能得到大幅度提高。总装调试台作为火箭炮等军事设备作战前期试验仿真、性能测试及质量参数测量的平台,对实际作战有着举足轻重的意义。鉴於此,受西北机电工程研究所的委托,设计一个高精度自动定位总装调试台。总装调试台主要运用于XX型号火炮的调零和质量、质心测量。针对课题的要求,研究了定位总装调试台的自动控制系统,首先对总装调试台机械结构框架进行设计,分别对四点支撑方案和三点支撑方案两种方案进行比较,然后侧重研究其自动控制系统。论文中分别对总装调试台机械整体框架、自动控制系统和电机伺服驱动系统进行分析。设计了一套基于工控机与运动控制卡的交流总装调试台伺服系统,并详细介绍了硬件设计与软件实现。论文中以永磁同步交流伺服电机作为驱动元件,伺服电机输出相应转速,经二级减速器减速,提高转矩,驱动丝杆螺母副运动,进而带动轴套的轴向运动,实现调试台位置调节。调试台位置采用高精度光电编码器作为轴角测量元件。根据自动控制理论,详细分析了永磁同步电机伺服系统各组成部分的构成与数学模型,按照自动控制系统调节器的工程设计方法,完成了整个系统各个环节的设计。其中电机伺服系统采用转子位置定向的矢量控制方案,三环闭环控制,电流环、速度环作为内环,位置环作为外环,其中电流环和速度环采用PI控制,位置环根据总装调试台的轴角位置误差等级分别采用PID控制和模糊PID控制,采用Matlab/Simulink对所设计的伺服系统进行计算机仿真验证。仿真结果表明总装调试台自动控制系统具有一定的定位精度和跟踪精度。论文中还对总装调试台自动控制系统进行了硬件设计和软件开发,设计了关键元件(运动控制卡和角度编码器、数据采集卡和称重传感器、继电器)之间的通讯。采用组态王6.5设计了系统的友好人机监控界面(包括调平及倾角监控界面、质量质心测量监控界面和报警界面)。文章结尾分析了总装调试台误差的来源以及减小误差的途径。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 国内研究展现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.2.3 存在问题
• 1.2.4 发展趋势
• 1.3 论文研究内容
• 第2章 总装调试台总体方案设计
• 2.1 综合分析
• 2.1.1 总装调试台的设计要求
• 2.1.2 总装调试台的设计原则
• 2.1.3 总装调试台的总体技术指标及使用条件
• 2.1.4 总装调试台的功能模型
• 2.2 总装调试台机械框架设计
• 2.2.1 驱动伺服方式的选择
• 2.2.2 总装调试台机械结构的确定
• 2.2.3 调平、倾角和质量、质心测量的实现过程
• 2.3 总装调试台自动控制系统设计
• 2.3.1 控制方式的确定
• 2.3.2 控制系统组成
• 2.4 总装调试台自动调平和倾斜控制
• 2.4.1 控制器设计
• 2.4.2 电机及其驱动模块设计
• 2.4.3 负载端位置检测环节设计
• 2.5 质量质心测量模块设计
• 2.5.1 质量测量
• 2.5.2 质心测量
• 第3章 总装调试台自动控制系统建模与仿真
• 3.1 控制算法介绍
• 3.1.1 PID控制算法
• 3.1.2 自整定模糊PID控制
• 3.2 建立机械传动数学模型
• 3.2.1 电机部分传递函数
• 3.2.2 减速环节传递函数
• 3.2.3 螺母丝杆副传递函数
• 3.2.4 调节支腿传递函数
• 3.2.5 基板倾斜角度变化与支腿伸长量关系
• 3.3 建立电机伺服系统数学模型
• 3.3.1 建立永磁同步电机数学模型
• 3.3.2 永磁同步电机控制方案设计
• 3.3.3 永磁同步伺服系统控制结构设计
• 3.3.4 伺服系统电流环设计
• 3.3.5 伺服系统速度环设计
• 3.3.6 伺服系统位置环设计
• 3.4 电机伺服系统仿真分析
• 3.4.1 电流环仿真
• 3.4.2 速度环仿真
• 3.4.3 位置环仿真
• 第4章 总装调试台硬件与软件设计
• 4.1 硬件设计
• 4.1.1 调平及倾角驱动器参数设定
• 4.1.2 手动控制模块硬件设计
• 4.2 软件开发
• 4.2.1 总装调试台监控软件设计
• 4.2.2 总装调试台监控界面开发
• 4.2.3 组态王与Matlab及Excel数据库连接
• 4.2.4 总装调试台控制软件设计
• 第5章 误差分析
• 5.1 调平及倾角系统误差分析
• 5.2 质量、质心测量系统误差分析
• 第6章 结论
• 6.1 论文总结
• 6.2 前景展望
• 参考文献
• 致谢