基于步进电机的自适应机翼驱动系统设计

论文摘要

自适应机翼具有翼型自适应能力,它可以有效改善翼面流场,延缓气流分离、增加升力和减少阻力,从而提高飞行器的机动性,提高载荷能力,抑制气动噪声与振动,并能改善雷达的散射截面从而有利于飞行器的隐身。为满足高性能飞机研制需求,自适应机翼技术作为一项关键基本技术将发挥出其在改善飞机飞行性能方面的重要作用。本文提出了一种基于步进电机驱动和齿轮传动的分段式变后缘自适应机翼设计,可以保证变形的稳定性和渐进性,以及翼型表面的光滑过渡。文中的主要研究工作内容有以下几个方面:1.首先对本文的研究背景和国内外的发展现状进行了概述,通过对各种自适应机翼设计的对比,确定了本文的研究方向。2.以某型无人机后缘的飞行状况为参考,进行了翼型的受力分析,由此设计并制作了一套采用步进电机驱动和齿轮传动的分段式比例模型。同时采用了ANSYS有限元分析软件对模型进行了静力学分析,校核了模型的强度。3.选用了AVR系列单片机ATmega16芯片作为控制芯片,设计并制作了系统控制电路板,通过人机交互界面,可轻松实现对步进电机的实时控制。4.采用ICC编程语言开发了系统控制电路板的控制程序。通过键盘输入电机的运行参数控制电机运行,并通过数码管实时显示电机的运行状态,从而实现了比例模型的离线控制。同时通过信号灯指示,可排除多数常见的故障。5.最后采用基于dSPACE的偏转角测量系统实现了模型偏转角的实验研究,以验证模型的可行性。通过实验发现,模型可以实现预定的设计目标。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题的研究背景
• 1.2 当前国内外研究现状
• 1.3 国内外的典型驱动结构
• 1.3.1 基于形状记忆合金的驱动结构
• 1.3.2 基于压电材料的驱动结构
• 1.3.3 基于功能梯度压电器件的驱动结构
• 1.3.4 基于柔性机构的驱动结构
• 1.4 本论文的主要工作
• 第二章 自适应机翼驱动系统总体结构设计及其应力分析
• 2.1 自适应机翼驱动实验系统总体结果设计要求
• 2.2 自适应机翼驱动系统总体结构设计方案
• 2.2.1 外形设计
• 2.2.2 理论模型
• 2.2.2.1 弦向分段设计
• 2.2.2.2 中间连接齿轮设计
• 2.2.3 电机选择
• 2.2.4 控制卡的选择
• 2.3 自适应机翼驱动系统结构的静力学分析
• 2.3.1 ANSYS 系统简介
• 2.3.2 结构静力学分析理论
• 2.3.3 基于ANSYS 的结构静力学分析
• 2.3.3.1 ANSYS 分析预处理
• 2.3.3.2 进入ANSYS 求解器模块并求解
• 2.3.3.3 进入ANSYS 后处理模块，观察结果
• 2.4 本章小结
• 第三章 控制器的硬件系统设计
• 3.1 PROTEL 软件简介
• 3.2 电路设计
• 3.2.1 复位线路的设计
• 3.2.2 晶振电路的设计
• 3.2.3 AD 转换滤波线路的设计
• 3.2.4 ISP 下载接口设计
• 3.2.5 JTAG 仿真接口设计
• 3.2.6 电源部分
• 3.2.7 串口通信部分
• 3.2.8 LED 显示及键盘输入部分
• 3.2.9 信号灯显示定义
• 3.3 本章小结
• 第四章 控制系统的软件设计
• 4.1 开发环境简介
• 4.1.1 程序设计语言
• 4.1.2 程序调试环境
• 4.1.3 步进电机控制卡
• 4.2 软件系统功能需求
• 4.3 主程序设计
• 4.3.1 端口初始化
• 4.3.2 上电自检
• 4.3.3 主程序流程
• 4.4 子程序设计
• 4.4.1 串口通讯
• 4.4.2 参数输入及数码管显示
• 4.4.3 数值换算
• 4.4.4 延时子程序
• 4.5 本章小结
• 第五章 系统实验与结果
• 5.1 实验目的与系统的搭建
• 5.1.1 实验目的
• 5.1.2 实验系统的搭建
• 5.2 实验的操作步骤和说明
• 5.2.1 电机驱动卡的使用及说明
• 5.2.2 系统控制电路的使用及说明
• 5.2.3 激光位移传感器的使用及说明
• 5.2.4 实验过程和操作步骤
• 5.3 实验结果与分析
• 5.3.1 模型偏转角度计算
• 5.3.2 实验数据与理论计算对比
• 5.3.3 系统响应与理论计算对比
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 下一步工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文
• 附录