能模拟错觉的四自由度运动平台模型的搭建及控制

发布时间：2017-08-24 07:35

  本文关键词：能模拟错觉的四自由度运动平台模型的搭建及控制

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【摘要】：飞行错觉的研究一直是航空医学领域的研究热点,随着我国新一代战机性能的大幅度提升,飞行空间障碍中的前庭错觉问题也越来越突出。为了能模拟飞行错觉,我们设计并搭建了一个四自由度的旋转平台模型,测量了平台的旋转参数及科里奥利加速度,为半规管模型的研究做准备。 论文研究包括以下四个方面：四自由度旋转平台模型的总体设计搭建；平台的软件控制及在建立平台模型的基础上稳定性研究；平台旋转参数检测及性能评价；旋转错觉和科里奥利加速度实验及数据分析。 提出四自由度旋转平台的总体设计方案,并由设计指标及平台框架的力矩要求、角加速度要求及精度要求完成电机和减速机构的选型和下位机与电机控制电路的设计与调试。旋转平台有几个部分组成：电机及运动结构、上位机、下位机、电机控制器单元和平台状态检测单元。利用下位机ARM的串口分别与电机控制器核心的MSP430F5418通讯,接收MSP430测量的速度信息和发送上位机的指令控制步进电机运动,下位机的串口与上位机通讯,接收上位机的控制指令和发送测量单元的位置信息和控制器测量的电机速度信息。 对电机的不同控制方式进行实验对比,根据设计精度选择合适的控制方式。使用压频转换方式和PWM方式控制电机旋转指定角度,通过角位移传感器测量电机的旋转精度。 利用LABVIEW编写上位机控制界面,并通过控制命令字完成对旋转平台的零位调整、速度控制、角度控制和方向控制。通过增量式编码器和限位传感器对系统进行速度检测、位置检测和位置限定,建立仿真模型和利用PID算法对旋转平台进行速度控制。 利用角速度测量装置对旋转平台模型进行检测,评价其是否能达到半规管的阈值。使用平台模拟旋转错觉产生条件和科里奥利加速度,分析角速度传感器数据,评价平台性能。
【关键词】：错觉模拟 平台模型 ARM 步进电机
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R852.32;V216.8
【目录】：

• 摘要10-11
• ABSTRACT11-13
• 第一章 绪论13-29
• 1.1 课题的背景及研究意义13-14
• 1.2 空间定向障碍的研究现状及错觉的分类14-17
• 1.3 高性能战机面临的错觉类型与事故预防17-23
• 1.3.1 人体感觉通道与三类飞行错觉18-21
• 1.3.2 错觉事故的预防21-23
• 1.4 错觉模拟器的国内外发展现状23-26
• 1.4.1 国内错觉模拟装置研究情况23-25
• 1.4.2 国外错觉模拟装置情况25-26
• 1.5 论文的研究目的及内容26-29
• 1.5.1 建立系统框架26
• 1.5.2 建立的模拟两种错觉系统框架26-27
• 1.5.3 本文主要研究工作27-29
• 第二章 旋转平台模型框架构建29-39
• 2.1 运动平台设计主要技术指标29-30
• 2.1.1 旋转错觉模拟参数30
• 2.1.2 科里奥利加速度模拟参数30
• 2.2 系统总体控制框架30-31
• 2.3 运动控制主要元器件选型31-38
• 2.3.1 电机及减速机31-34
• 2.3.2 平台状态检测单元34-36
• 2.3.3 电机控制器36-37
• 2.3.4 下位机37-38
• 2.4 本章小结38-39
• 第三章 旋转模型系统总体设计39-61
• 3.1 系统总体框架设计方案39-40
• 3.2 系统硬件控制设计40-49
• 3.2.1 下位机控制电路40-42
• 3.2.2 电机控制器电路42-48
• 3.2.3 平台状态检测单元48-49
• 3.3 系统软件控制设计49-54
• 3.3.1 上位机显示程序49-53
• 3.3.2 MCU控制程序53-54
• 3.4 系统单轴PID控制54-59
• 3.4.1 控制参数的确定57-58
• 3.4.2 控制流程图及稳定曲线58-59
• 3.5 本章小结59-61
• 第四章 旋转错觉模拟设计61-75
• 4.1 旋转错觉模拟设计61-62
• 4.2 旋转算法62-65
• 4.2.1 算法原理62-64
• 4.2.2 算法实现64-65
• 4.2.3 实验结果65
• 4.3 旋转错觉测量65-68
• 4.3.1 角速度测量装置66-67
• 4.3.2 增量式编码器测量装置67-68
• 4.4 角速度传感器测量实验68-71
• 4.4.1 实验68
• 4.4.2 检测结果68-71
• 4.4.3 结论71
• 4.5 旋转错觉实验71-74
• 4.5.1 实验71
• 4.5.2 检测结果71-73
• 4.5.3 结论73-74
• 4.6 本章小结74-75
• 第五章 科里奥利加速度产生实验75-81
• 5.1 科里奥利加速度计算及产生75-76
• 5.1.1 科里奥利加速度的计算75-76
• 5.1.2 科里奥利加速度的产生76
• 5.2 科里奥利加速度模拟测量76-77
• 5.3 科里奥利加速度产生实验77-79
• 5.3.1 实验77-78
• 5.3.2 检测结果78-79
• 5.3.3 结论79
• 5.4 本章总结79-81
• 第六章 总结与展望81-82
• 参考文献82-85
• 致谢85-87
• 攻读硕士学位期间参与的科研项目87-88
• 附件88

【参考文献】

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本文编号：730017