谐波减速器传动精度通用测试平台设计与实现

论文摘要

谐波减速器作为一种减速传动设备,在各类航天器的驱动机构中得到了越来越广泛的应用,随着航天器对谐波减速器的性能指标提出了越来越高的要求,研制高精度的谐波减速器测试系统和设备便成为一种现实需要。目前,在承担某研究所的实际科研项目中,需要研制可适用于多种型号谐波减速器的高精度、全自动谐波减速器传动精度通用测试平台。本文以此为背景展开研究工作,从系统设计和工程实现两个方面,对谐波减速器传动精度测试台进行了深入的研究,主要完成以下几方面的工作:首先,本文根据测试台的功能和技术指标要求,进行平台系统的总体方案设计,确定测试平台系统的组成;从总体上论述了测试台的机械机构,光学测量系统的测角原理以及光学测角元件的选取,着重分析了测试平台与各子系统的接口通讯。其次,在分析比较常用转台系统测角方案的基础上,选择粗精耦合双通道转台测角方案,并选取轴角变换器AD2S80A进行测角信号的数模转换,根据粗精耦合原理,确定了测角信号粗精耦合判别法则;详细分析了激磁电源的具体设计过程,在此基础上完成了转台整个测角电路的设计;此外,通过实验结果分析验证转台测角方案。接着,针对单轴伺服转台控制系统的动态指标要求,进行了基于DSP的转台控制系统方案设计。基于控制对象的数学模型,采用经典控制策略对转台系统进行校正设计,仿真结果分析表明,经典PID对于具有良好数学模型的控制对象可以有效控制,完全满足工程实际需要的控制精度和动静态性能。此外,完成了转台控制系统的硬件设计和实现。最后,选择VC++技术编写测试台控制软件,采用模块化设计方法进行测试台数据管理系统设计,基于对数据管理系统的功能分析,阐述了数据管理系统的工作原理和流程;重点分析了数据管理系统采用MSComm控件和ProEssential控件对测试数据的分析和处理,并给出了软件设计结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究目的和意义
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 研究目的和意义
• 1.2 谐波减速器概述
• 1.2.1 谐波齿轮传动的基本原理
• 1.2.2 谐波减速器的传动精度
• 1.3 谐波减速器传动精度测试的研究现状
• 1.3.1 谐波减速器传动精度测试的理论研究
• 1.3.2 谐波减速器传动精度测试仪器的研究现状
• 1.4 测试台主要技术指标和主要研究内容
• 1.4.1 测试台的功能和技术指标
• 1.4.2 课题主要研究内容
• 第2章 测试平台系统方案设计
• 2.1 测试平台系统组成
• 2.2 光学测量系统
• 2.2.1 光学测角原理
• 2.2.2 光学测角元件的选取
• 2.3 工作台机械结构
• 2.4 测试平台与各个子系统的接口分析
• 2.4.1 转台系统数据接口
• 2.4.2 自准直仪数据接口
• 2.4.3 数据管理系统数据接口
• 2.5 本章小结
• 第3章 转台测角系统设计与实现
• 3.1 转台测角系统组成
• 3.2 测角系统工作原理
• 3.2.1 感应同步器工作原理
• 3.2.2 粗精耦合原理
• 3.3 激磁电源设计
• 3.4 基于AD2S80A的测角电路设计
• 3.5 实验结果分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 基于DSP的转台控制系统设计
• 4.1 转台控制系统的总体分析
• 4.2 转台控制系统的数学模型
• 4.2.1 电机的数学模型
• 4.2.2 功放的数学模型
• 4.2.3 测角元件的数学模型
• 4.3 转台系统PID控制器设计
• 4.3.1 速度环的PID控制器设计
• 4.3.2 位置环的PID控制器设计
• 4.4 基于DSP的控制器硬件设计
• 4.4.1 电源模块设计
• 4.4.2 F2812 最小系统设计
• 4.4.3 通讯接口电路设计
• 4.5 本章小结
• 第5章 测试台数据管理系统
• 5.1 数据管理系统功能分析
• 5.2 数据处理与分析
• 5.2.1 对软件界面输入数据的处理
• 5.2.2 向控制器发送数据时的转换
• 5.2.3 转台运行速率的计算
• 5.2.4 传动比的计算
• 5.2.5 传动比的分析
• 5.3 软件模块设计
• 5.3.1 软件的主要模块
• 5.3.2 系统工作流程设计
• 5.3.3 数据采集卡接口通讯
• 5.3.4 串行数据接口通讯
• 5.3.5 图形显示
• 5.4 软件设计结果
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢