三轴转台仿真设计 - 图文

三轴转台仿真设计

出力平衡将是转台稳定运行的关键。显然如果两台电机由一套驱动器驱动，电机性能的差异将导致出力的不平衡，而且这种差异是无法调节的，因而不宜采用。而采用两台驱动器分别控制两台电机关键在于驱动器间的联系与控制，一般有转速随动和转矩随动两种形式。其中转矩随动方式更容易实现，动态性能更好，故经典的传动系统设计采用了这种方式。

而本文采用了软件编程的控制方式，在经济性和结构简易性方面有一定改变。 3.4 伺服控制系统的硬件接线图

图3.4-1伺服控制系统接线控制图

详细的接线图见附件

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4 三轴转台的运动仿真

4.1 概述

工程师无需等待物理原型就能测试产品的动力行为。利用机构动力学仿真，可以

虚拟地仿真包含运动元件的系统中的作用力和加速度。而且，可以综合考虑诸如弹簧、电动机、摩擦力和重力等动力影响，相应地调整产品性能。改善检验和认证过程并最大程度地提高设计信心，而无需承受制造昂贵原型的负担。 4.1.1 主要优点

? 与设计和分析工具完全集成，从而无需再花费时间、精力和金钱来处理数据转换和关联的错误

? 可以创建虚拟样机在桌面计算机中进行测试，从而降低开发成本 ? 能够更快速和更早地将变更反映在产品中，并从桌面计算机测试中即时获得结果

? 通过缩短开发时间率先向市场推出更优质的产品

? 通过对产品寿命进行更准确的估计，从而可降低保修成本

? 利用具体的动画式生产指令进行装配，可以避免代价高昂的制造错误 ? 通过利用从虚拟测试中所节省的时间来评估更多设计构思，从而可开发出更新颖的产品

? 在易于学习、直观明了的用户界面中工作

? 测量定制规格并用图形表示定制规格，例如特定接头处的速度 ? 用图表表示主要反作用力（如负载和扭矩），使分析人员能更好地了解到产品在特定环境下的具体表现

? 使用图形和动画与其他人员共享结果；将表格式数据输出到电子表格以供进一步分析

? 将实际运动与图形结果进行比较

4.1.2 研究复杂的实际情况

利用高级运动分析更加灵活地研究复杂的实际情况 ? 使用静态分析确定静态平衡点的载荷

? 分析传送带连接、槽电动机、动态齿轮和普通齿轮，以了解所有运动关系

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? 利用反向静态载荷确定使机构运转所需的作用力（力平衡）

? 轻松创建机构中选定组件的复杂运动包络零件，以用于空间声明研究或在任何装配中用作占位符

? 创建用户定义的作用力和电动机概览图，从中得出测量的作用力、扭矩、时间、加速度、速度或位置的定制函数

? 为智能的比例- 积分- 微商 (PID) 控制器以及非线性弹簧和阻尼器建立模型

4.2 三轴转台仿真过程[20]

本设计的三轴转台用UG进行运动仿真，一些运动动画截屏如下，在这里尤其要感谢张老师的耐心指导和帮助。

在以前的研究中，转台系统的研发方式多采用传统方式(实体样机)，这样对台体 结构特性，包括刚度、强度、频率响应曲线、装配特性、控制率特性等，由于没有预先的仿真分析，在设计、生产和装配台体时没有可靠的技术性能支持，可能出现零件的返工，台体的重新设计等，这些因素都使转台研制的周期延长，增加开发成本和缺少强有力的竞争。如果采用虚拟样机技术、虚拟显示与可视化、先进控制技术与有限元等技术则可以从一定程度上解决上述问题。

图4.2 -1 运动仿真1 图4.2 -2 运动仿真2

本文对转台结构刚度分析及动力学分析具有重要的意义。

在内框不转，中框旋转的过程中，外框轴的运动仿真如下。力的仿真时间设定为15秒，并可输出各种力学数据，外框轴承受的力的变化曲线如图所示。力据的仿真时

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间设定为10秒，并可输出各种力学数据，外框轴承受的力据的变化曲线如图所示。

图4.2-3 外框轴受力变化曲线 图4.2-4 外框轴扭矩变化曲线

由图分析，此设计受力虽然有一定的规律，接近循环应力，基本符合设计要求，满足转台的技术要求，但是短时间内力的变化也较大，有可能造成冲击或震荡，需要一定改进，或限制运动范围。

此仿真结果，如力、扭矩等信息，也能为之后的结构优化及轻量化设计提供重要依据。结合相关材料以及本次设计仿真，总结如下经验：

在转台建模仿真过程中，通过分析转台结构主要部件力学特性，在转台UG数模的基础上，对各种特征进行相应的简化，采用合适的单元类型，控制模型规模和质量，是确保分析精度的必要条件。

对于转台的研究，要校核多种载荷工况下，根据不同的边界条件，进行多种受力情况的仿真计算，以达到考核多种刚度指标的目的。多种工况下的弯曲刚度和扭转分析，可以找到转台在实际工况中的变形趋势，便于对转台刚度进行评价。 根据转台的动态性能要求，应对转台框架结构进行模态分析，以得到框架结构的固有频率和振型，并找出框架结构在动态激励时的薄弱环节，并对框架结构进行了改进，提高了其一阶固有频率，为之后的控制系统设计、优化提供了参考。 通过仿真模拟，对转台有一定的设计成型试制的感觉，对转台的实际应用和满足转台的要求有一定指导意义。

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