電動仿真轉臺的組成及設計基本方案

【摘要】本論文來源于具體的工程項目。隨著航天技術的發(fā)展，電動仿真轉臺做為導彈系統(tǒng)地面半實物仿真試驗中的關鍵設備，其性能的優(yōu)劣直接影響到測試實驗的可靠性和置信度。本文簡單介紹下其發(fā)展、組成、原理及發(fā)展情況。

【關鍵詞】機電一體化；電動仿真轉臺

1、背景

半實物電動仿具轉臺是通過模擬導彈和飛行器的實際飛行環(huán)境，用仿真設備在地面進行測試、評價制導的各項性能指標，檢測系統(tǒng)的工作狀態(tài)和跟蹤精度。具有提高制導控制系統(tǒng)質量，縮短研制周期和節(jié)省研制經費等特點。

2、國、內外轉臺的發(fā)展狀況

世界上第一臺轉臺是由美國麻省理工學院在1945年研制成功的，其它一些國家深受美國影響，陸續(xù)開展著轉臺的研究。

我國轉臺研制起步于七十年代，1974年由航天部704所研制成功，可以實現(xiàn)低速測試。至1985年由哈爾濱工業(yè)大學研制出我國第一臺計算機控制轉臺，提高了控制精度和自動化水平，轉臺的測角分辨率達到0.36\"，位置精度達到了1\"，是當時全國范圍內性能指標最高的半實物仿真轉臺。

近幾年來，哈爾濱工業(yè)大學相繼成功研制了一系列電動仿真測試轉臺，這些轉臺都是以高性能計算機作為測控系統(tǒng)的核心，順應計算機參與轉臺控制與測試這一發(fā)展趨勢，進而大大提高了轉臺的自動化水平，使我國的轉臺研制在某些方面接近或已經趕上了國際先進水平。

3、電動仿真轉臺組成及原理

半實物仿真轉臺由三大部分組成，一部分為轉臺的機械臺體部分、一部分為與機械臺體相連的控制部分（即電氣部分）、一部分為電源供電部分。三個部分通過專制電纜相連接。

機械臺體用于承載用戶需要試驗或測試的產品，實現(xiàn)姿態(tài)角的運動。電機主要是驅動軸系帶動框架運動；測量元件用于測量軸系旋轉的角位置信號并反饋給控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)角位置的閉環(huán)控制。

電控系統(tǒng)用于控制轉臺系統(tǒng)完成用戶所需要進行的試驗或測試，包括邏輯控制和伺服控制兩部分。

電源系統(tǒng)用于給轉臺系統(tǒng)提供隔離的三相動力電源，主要包括隔離變壓器，將三相380V電源進行隔離變壓，形成三相220V的電源給轉臺電機驅動控制器供電。

4、電動仿真轉臺設計基本方案

目前仿真轉臺根據其控制的軸系，可以分為單軸轉臺、雙軸轉臺、三軸轉臺、五軸轉臺及其它多自由度轉臺。據其功能可分為仿真轉臺、伺服轉臺、飛行轉臺、射頻轉臺等等。按其結構型式分為立式轉臺和臥式轉臺。

無論上述哪種轉臺，其原理均為典型的伺服控制系統(tǒng)。

合理的轉臺系統(tǒng)伺服控制方案是保證轉臺總體性能要求的基礎，確定這個方案主要包括驅動元件、測量元件及功率放大元件的選擇。

1）目前，轉臺的驅動方式都基本采用電動直接驅動，因其控制方便，造價低、性能穩(wěn)定、安全可靠，便于維護。驅動電機在有刷直流電機和無刷直流電機兩種情況下，廣泛應用的為無刷直流電機，它是采用電子換向開關電路和位置傳感器代替電刷和換向器，利用敏感轉軸的位置來對電樞繞阻進行換向，類似于可變頻率電源的同步電機，卻又具備有刷直接電機相似的外特性，其最大的特點就是就是沒有換向器和電刷組成的機械接觸結構，而且采用永磁體作為轉子，沒有激磁損耗，發(fā)熱的電樞繞阻又裝在外面的定子上，這樣熱阻較小，散熱容易。維護方便。

2）測量元件是通過測角，將臺體的位置信號反饋到控制計算機中，通?？蛇x擇的有感應同步器、碼盤和旋轉變壓器。

感應同步器有直接式和旋轉式兩種，分別用來檢測直線位置和轉角。感應同步器具有很高的精度和分辨率，抗干擾能力強，簡單可靠，壽命長，工藝性好，成本低的優(yōu)點。但同時它的輸出信號弱，且輸出信號處理麻煩，配套的用于信號處理的電子設備比較復雜且成本高。

碼盤的工作方式相對直接，它用來測量轉動量（轉角）并將它們轉換成數字信號輸出。直接編碼裝置有兩種基本形式，即增量式和絕對式。根據工作原理和結構又可分為接觸式、光電式和電磁式。其中接觸式是一種最老的轉角測量元件，目前已很少采用。光電式碼盤是目前用得較多的一種，它沒有觸電磨損，允許轉速高、精度高，技術成熟，缺點就是結構復雜價格貴。絕對式光電碼盤通電開機后立刻可以顯示出碼盤的絕對轉角位置，相比增量式碼盤不必尋零。

感應同步器、增量碼盤和絕對碼盤都經常應用于轉臺設計中，只是根據不同工況和經費情況做出選擇。

3）功率放大器是將輸入信號放大，并用輸出的電壓信號驅動元刷電機運動的元件，常用的直接功率放大器有線性放大器、開關式功率放大器、晶閘管功率放大器。

開關型放大器中的晶體管主要飽和與截止狀態(tài)，相當于將電路和接通與斷開，主要起一個開關的作用，所以稱為開關型功率放大器。

無刷直流電機采用的都是脈寬調制（PWM）型功率放大器，它是開關型功率放大器，通過內部的晶體管的截止和飽和來實現(xiàn)電路的開關的功能，具有效率高，輸出功率大，有利于克服電機靜電摩擦的優(yōu)點。因此在轉臺伺服系統(tǒng)中應用十分廣泛。

5、結語

轉臺的應用越來越廣泛，指標要求越來發(fā)越高，我們應該不斷提高研制的水平和能力，開發(fā)出超越國外先進技術的產品，并爭取在主要元部件的選擇中多應用國內的同類產品，比如哈爾濱工業(yè)大學研制的無刷直流電機及6354廠研制的感應同步器等。

參考文獻

[1]王廣雄.自動控制系統(tǒng)設計.宇航出版社，1986：117-124.

[2]章國江.基于古典控制的轉臺控制系統(tǒng)優(yōu)化設計研究.哈爾濱工業(yè)大學碩士學位論文，199——5-28