高精度二维转台的设计与研究

发布时间：2017-05-28 16:09

  本文关键词：高精度二维转台的设计与研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：二维转台以其特殊的使用环境、高精度的性能和便宜的价格等优点,被广泛地用于监控、测试以及仿真中。本文以某型二轴转台为研究对象,研究转台的设计方法和分析方法。 利用多体系统运动学理论建立了转台的数学模型,同时分析了转台设备轴轴线在静止状态和运动状态下的指向误差。根据转台的设计要求和对任务的分析,完成了转台机械结构的设计,包括转台零、部件的设计和标准元件的选择,并利用二维平面软件AutoCAD和三维造型软件CATIA绘制了转台的二维图和三维图造型的设计。然后,介绍了电控系统的设计,讲解了无刷直流力矩电动机的控制原理和编码器的测量和辨向等原理,并给出了以TMS320LF2407A为 核心的DSP控制系统的硬件设计和软件设计方案。同时,分析了从Matlab仿真到在DSP中算法的实现。 利用ANSYS软件中的Workbench平台完成了对转台俯仰轴系统的静力学分析和模态分析。从静力学分析得到的系统的应变和受力图,可知系统的应变量符合精度要求；最大受力在屈服极限内,且安全系数达到了4倍左右。从模态分析中得到的前六阶模态图的各阶固有频率的值,可知系统在电机经常运转的频率范围不会发生共振。经过有限元法的静力学分析和模态分析,证明了转台机械结构部分设计的合理性。 从理论上和实验检测上分析,分别验证转台的误差是否控制在规定的范围内。理论分析主要涉及轴系精度的理论分析以及轴系垂直度的分析；实际检测时利用水平仪、自准直平行光管、千分表等测量工具完成了各轴系的回转误差、轴系间垂直度以及轴系间的定位误差的测量。经过对误差的理论分析以及通过实验数据处理结果,表明转台的各项指标均符合设计的要求。
【关键词】：结构设计 电控系统设计 DSP Workbench 静力学分析
【学位授予单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH122
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-7
• 第一章 绪论7-12
• 1.1 转台的研究背景及意义7-8
• 1.1.1 转台的研究背景7
• 1.1.2 选题的意义7-8
• 1.2 转台的发展概况8-10
• 1.2.1 国内转台的发展概况8-9
• 1.2.2 国外转台的发展概况9-10
• 1.3 全文研究内容及章节安排10-12
• 第二章 转台的结构设计12-31
• 2.1 转台的技术指标12
• 2.2 转台的结构形式设计12-14
• 2.2.1 转台的组成12-13
• 2.2.2 结构形式13-14
• 2.3 转台的数学模型14-20
• 2.3.1 建模理论依据14-15
• 2.3.2 多体系统描述15-17
• 2.3.3 误差数学模型17-20
• 2.4 机械结构设计20-30
• 2.4.1 主要零件的设计20-26
• 2.4.2 主要零件的选择26-29
• 2.4.3 机械部分的整体结构29-30
• 2.5 小结30-31
• 第三章 电控系统设计31-55
• 3.1 电机和编码器的工作原理31-34
• 3.1.1 直流无刷力矩电机的驱动原理31-32
• 3.1.2 光电编码器测位置和测速度原理32-34
• 3.2 电控系统的DSP解决方案34-36
• 3.2.1 单片机在电机控制应用中的优、缺点35
• 3.2.2 DSP在电机控制应用中的优、缺点35-36
• 3.2.3 DSP与单片机之间的比较36
• 3.3 DSP硬件结构的设计36-44
• 3.3.1 硬件总体结构设计36-37
• 3.3.2 TMS320LF2407A核心电路设计37-44
• 3.4 DSP的软件部分设计44-52
• 3.4.1 DSP开发软件CCS44-45
• 3.4.2 系统主程序设计45-46
• 3.4.3 DSP串行通信(SCI)程序设计46-47
• 3.4.4 PWM波生成程序设计47-48
• 3.4.5 位置检测程序设计48-50
• 3.4.6 电机转速控制的程序设计50-52
• 3.5 从MATLAB仿真到在DSP中算法的实现52-54
• 3.5.1 算法移植52
• 3.5.2 DSP工程建立52-53
• 3.5.3 算法实现53-54
• 3.6 小结54-55
• 第四章 转台的ANSYS有限元分析55-66
• 4.1 ANSYS软件简介55-56
• 4.1.1 经典平台55-56
• 4.1.2 Workbench平台56
• 4.2 转台有限元模型的建立56-57
• 4.3 转台的网格划分57-58
• 4.4 静力学分析58-61
• 4.4.1 静力学分析原理58-59
• 4.4.2 定义连接关系59
• 4.4.3 施加约束及载荷59-60
• 4.4.4 求解与后处理60-61
• 4.5 模态分析61-64
• 4.5.1 模态分析原理62
• 4.5.2 ANSYS模态分析过程62-63
• 4.5.3 固有频率求解和结果分析63-64
• 4.6 小结64-66
• 第五章 误差分配与检测66-75
• 5.1 转台的装配66
• 5.2 轴系精度分析66-69
• 5.2.1 方位轴误差66-67
• 5.2.2 俯仰轴误差67-68
• 5.2.3 误差综合68-69
• 5.2.4 轴线垂直度分析69
• 5.3 实验检测与数据处理69-73
• 5.3.1 回转误差检测69-72
• 5.3.2 俯仰轴与方位轴之间垂直度的检测72
• 5.3.3 俯仰轴系和方位轴系的定位误差检测72-73
• 5.4 小结73-75
• 第六章 结论75-77
• 6.1 主要研究内容总结75
• 6.2 研究展望75-77
• 致谢77-78
• 参考文献78-81
• 作者简介81
• 攻读硕士学位期间研究成果81-82

【参考文献】

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本文编号：402992