模糊PID控制高精度导航测试系统平台的设计(3)
第四章对系统进行了数学建模，并利用Matlab搭建了仿真程序，对比了经典PID控制和模糊PID控制的性能。
第五章简要介绍上位机的设计，并分步进行了上位机的软件调试。
最后，总结了本文所做的工作并进行了展望。
2 总体方案简介
本章主要介绍了三轴运动模拟器总体的设计方案。首先介绍了系统的功能和相关性能指标，然后讨论了系统机械结构方案，并给出了系统的结构框图，接着介绍了系统的主要硬件模块，最后介绍了软件方案。
2.1 系统功能和性能指标
运动模拟器作为一种新型的空间运动机构，已在模拟船舶运动、航空航天、训练模拟驾驶等很多方面得到了广泛的应用[9][14-15]。本文设计的三文运动模拟器可以实现三个自由度的空间运动，作为测试导航系统的性能和检测天线的抗负载干扰能力的试验台，它可以模拟载体各轴位置变化和加速度变化。
三轴运动模拟器的技术性能指标如下：
（1） 运动方式：三轴正交
（2） 运动幅度：方位 -150°— +150°
俯仰 -35° — +35°（0°为水平面）
横滚 -35° — +35°（0°为水平面）
（3） 运动速度：每轴最大50°/s
（4） 运动加速度：每轴最大50°/s
（5） 系统精度：每轴<0.2°
（6） 有效载荷重量：最大35Kg
（7） 结构自身重量：不大于75Kg
（8） 载重平台尺寸：50cm*50cm
2.2 系统机械结构的选择
目前，运动模拟器的机械结构按照连接方式来划分，可以分为两大类，串联和并联[10]。
串联式结构是将各杆件经过运动副进行连接的开链式，它的机械结构简单，具有比较大的作业空间和较高的灵活性。但它具有误差累计，惯量大等缺点。和串联式结构相比，并联式结构有着自己的特点：①刚度大，结构稳定,②在相等的体积或者自重的条件下，并联式结构比串联式结构具有较大的承载能力,③串联式结构在位置求解方面正解容易，但是反解非常困难，而并联式结构与此相反，正解比较困难而反解却比较容易[17]。在应用方面串、并联结构之间并不是替代的关系，它们而是互补的关系，并联结构扩大了机器人的新兴应用领域。但在传统领域的应用仍以串联式结构居多。
结合本运动模拟器的应用和串并联结构的优缺点，选择串联结构。因为本运动模拟器主要用于位置正解，且串联式机械结构简单；虽然有累计误差，但可以进行补偿和校正。
2.3 系统组成及总体设计方案
由于电液结构体积庞大且笨重，因此所设计的三文运动模拟器采用机电结构，有三个自由度，包括俯仰、横滚和方位，三个轴是正交垂直的。它的结构采用串联式结构，分为上下两层，上层为俯仰和横滚运动，安装有俯仰、横滚的驱动电机和齿轮减速器；下层为方位运动，安装有方位驱动电机和齿轮减速器；中间由支架进行连接。三个运动轴分别装有位置传感器，即测角传感器。整个机械结构由工厂加工组装而成。
如图2.1所示是三文运动模拟器的系统结构框图。每个轴有以下组成部分：数字信号发生器、微控制器、驱动电机、驱动器、齿轮减速装置和位置检测组件。
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