小型飞机尾翼控制器设计方案研讨
毕业设计（论文文）小型飞机尾翼控控制器设计Controlller ddesignn for smalll airccraft tail学生姓名所在院系所学专业所在班级指导教师教师职称完成时间： ： 机电学院 ： 机械设计制造及其自动化 ： 机制0641 ： ： 讲师 ： 2010年6月17日 长 春 工工 程 学 院摘 要水平尾翼简称平平尾，安装在在机身后部，主主要用于保持持飞机在飞行行中的稳定性性和控制飞机机的飞行姿态态尾翼的内内部结构与机机翼十分相似似，通常都是是由骨架和蒙蒙皮构成，但但它们的表面面尺寸一般较较小，厚度较较薄，在构造造形式上有一一些特点一一般来说，水水平尾翼由固固定的水平安安定面和可偏转的升降降舵组成飞机机的水平安定定面就能够使使飞机在俯仰仰方向上（即即飞机抬头或低头）具具有静稳定性性水平安定定面是水平尾尾翼中的固定定翼面部分当飞机水平飞行时，水平安定面不会对飞机产生额外的力矩；而当飞机受到扰动抬头时，此时作用在水平安定面上的气动力就会产生一个使飞机低头的力矩，使飞机恢复到水平飞行姿态。
整个系统由操纵纵系统、信号号检测系统、信信号处理系统统、步进电机机控制系统、齿齿轮传动系统统组成操纵纵机构采用十十字手柄，包包括前后左右右四个方向的的运动，这样样就能分别控控制左右两片片尾翼正负方方向45度的的转角，从而而实现飞机起起飞、降落、左左转弯或右转转弯时对水平平尾翼的控制制MCS-51系系列单片机主主要有三种型型号的产品8031、88051、88751该该系列产品是是集中CPUU I/O端端口及部分RRAM等为一一体的功能性性很强的控制制器，它的主主要特点是集集成度高可靠靠性好、运算算速度快，另另外，该系列列产品只需增增加少量外围围器件就可以以构成一个完完整的微机控控制系统，并并且开发手段段齐全，指令令系统功能强强，编程灵活活性大，硬件件资料也很丰丰富，是较为为理想的主选选控制器芯片片关键词升降舵 飞行行姿态 操纵 单片机 Abstracct: Horizzontall taill shorrt horrizonttal taail, iinstallled iin thee rearr fusellage, used to keeep thhe airrcraftt in fflightt stabbilityy and contrrol aiircrafft in flighht. Taail off the interrnal sstructture iis verry simmilar to thhe winng, ussuallyy consstitutted byy the skeleeton aand skkin, bbut thheir ssurfacce sizze is generrally smalll, thiin, inn the form of a nnumberr of sstructtural featuures. In geenerall, thee horiizontaal taiil froom thee fixeed horrizonttal sttabiliizer aand thhe eleevatorr defllectioon cann be ccompossed off the horizzontall stabbilizeer on the aaircraaft too the aircrraft iin thee pitcch dirrectioon (thhat iss, risse or bow pplanes)) withh stattic sttabiliity. TThe hoorizonntal sstabillizer is thhe horrizonttal taail seectionn in tthe fiixed-wwing pplane.. Whenn the planee flyiing leevel, the hhorizoontal stabiilizerr on tthe aiircrafft wouuld noot genneratee addiitionaal torrque; whilee the rise time when the aaircraaft is distuurbed,, thenn the role of thhe levvel off stabbilityy in tthe aeerodynnamic surfaace wiill prroducee a boow of the mmomentt the aircrraft, the aaircraaft reecoverry to levell fligght atttitudde. The ssystemm conssists of coontroll systtems, signaal dettectioon sysstem, signaal proceessingg systtem, ssteppiing mootor ccontrool sysstems,, gearr trannsmisssion ssystemm compponentt. Conntrol mechaanism with crosss handdle, iincludding bbeforee and afterr the four direcctionss of mmovemeent, sso thaat eacch cann conttrol tthe diirectiion off abouut pluus or minuss two rear cornerr 45 ddegreees, ennablinng thee airccraft to taake offf, laandingg, turrn lefft or turn rightt on tthe hoorizonntal ttail ccontrool。
MCS - 551 serries mmicroccontrooller mainlly havve thrree tyypes oof prooductss, thee 80511, 87551 80331. Thhis seeries of prroductts aree conccentraated CCPU I//O porrt andd partt of tthe RAAM as a funnctionn of ccontrooller,, its main charaacteriistic is thhe inttegrattion oof higgh relliabillity, fasteer, annd othher prroductts of this seriees, onnly a smalll incrrease in peeripheeral ddevicees cann formm a coomplette miccrocommputerr conttrol ssystemm, andd the devellopmennt meaans iss compplete,, the functtion iis strrong, progrramminng insstructtion ssystemm, harrdwaree mateerial also bbig aggilityy is vvery rrich, is thhe ideeal addvocatte antthologgy conntrolller chhip.Keywordds: Elevaator Flighht atttitudee Conttrol MMCS目 录1. 绪论 11.1 课题研究的的目的和意义义 11.2 国内内外的研究状状况 11.3 课题题任务、研究究的内容和要要求 21.3..1 系统统总体方案的的制定 21.3.2 机械结构设设计 21.3.3 电气系统设设计 32. 系统总总体方案 32.1 操纵纵系统 32.2 信号检测系系统 42.3 信号号处理系统 42.4 步进电机控控制系统 42.5 尾翼翼齿轮传动系统统 43. 机械结结构设计 53.1 轴的的设计 53.2 齿轮轮计算 73.2.1 选择齿轮材材料和热处理理、精度等级级、齿轮齿数数 73.2.22 按齿跟跟弯曲疲劳强强度设计 73.3 轴承承的选择和计计算 103.4 电机机的选择 114. 控控制系统设计计 134.1 控制制部分硬件设设计 134.2 主控制制器的CPUU的选择 144.2.1 单片机的基本本性能 154.2.2 MCS-551系列单片片机的引脚及及功能 154.2.3 特特殊功能寄存存器 174.3 存储储器结构 174.4 存储储器扩展电路路设计 184.5 芯片介绍 184.5.1 ADC08809 184.5.22 80551芯片 214.5.3 2764芯片片 224.6 地址址锁存器744LS3733 2344.7 MCS-551单片机应应用系统中的的地址译码 244.8 I//O口扩展电电路设计 244.9 传感感器的选择 264.100 其它辅辅助电路的设设计 274.10.1 单片机的的时钟电路 274.10.2 单片机的复复位电路 275. 系统控控制软件的设计 285.1 系统统管理程序 285.2 控制制子程序 285.3 测试子程序序 285.4 键盘盘操作和显示示处理程序 286. 总结 28参考文献 299致 谢 301. 绪论1.1 课题题研究的目的的和意义机翼是飞机的重重要部件之一一，安装在机机身上。
其最最主要作用是是产生升力，同同时也可以在在机翼内布置置弹药仓和油油箱，在飞行行中可以收藏藏起落架另另外，在机翼翼上还安装有有改善起飞和和着陆性能的的襟翼和用于于飞机横向操操纵的副翼，有有的还在机翼翼前缘装有缝缝翼等增加升升力的装置 由于于飞机是在空空中飞行的，因因此和一般的的运输工具和和机械相比，就就有很大的不不同飞机的的各个组成部部分要求在能能够满足结构构强度和刚度度的情况下尽尽可能轻，机机翼自然也不不例外，加之之机翼是产生生升力的主要要部件，而且且许多飞机的的发动机也安安装在机翼上上或机翼下，因因此所承受的的载荷就更大大，这就需要要机翼有很好好的结构强度度以承受这巨巨大的载荷，同同时也要有很很大的刚度保保证机翼在巨巨大载荷的作作用下不会过过分变形机翼的基本受力力构件包括纵纵向骨架、横横向骨架、蒙蒙皮和接头其其中接头的作作用是将机翼翼上的载荷传传递到机身上上，而有些飞飞机整个就是是一个大的飞飞翼，如B22隐形轰炸机机则根本就没没有接头以以下是典型的的梁式机翼的的结构毕业业设计首先应应满足教学与与教育功能，培培养和造就学学生的创新能能力和工程意意识，通过毕毕业设计教学学与教育功能能的实现，促促进学生科学学的智能结构构的形成；其其次，毕业设设计大多来源源于实际，其其成果可直接接或间接地满满足市场需求求，为社会服服务，实现毕毕业设计的社社会功能.1.2 国内内外的研究状状况随着现代航空技技术的进步，新新的飞行动力力理论的应用用，飞机机身身的外形也呈呈现千姿百态态，变化多端端，如隐身战战斗机所使用用的机翼和机机身融为一体体的翼身融合合体；除去机机身和尾翼的的飞翼；除去去机翼的升力力体机身；以以汽车作为机机身的汽车飞飞机等等。
机翼的外形五花花八门、多种种多样，然而而，不论采用用什么样的形形状，设计者者都必须使飞飞机具有良好好的气动外形形，并且使结结构重量尽可可能的轻所所谓良好的气气动外形，是是指升力大、阻阻力小、稳定定操纵性好以以下是用来衡衡量机翼气动动外形的主要要几何参数除此之外，机机翼在安装时时还可能带有有上反角或者者下反角上反角是指指机翼基准面面和水平面的的夹角，当机机翼有扭转时时，则是指扭扭转轴和水平平面的夹角当当上反角为负负时，就变成成了下反角((Catheedral anglee)飞机机身的的功用主要是是装载人员、货货物、燃油、武武器、各种装装备和其他物物资，它还可可用于连接机机翼、尾翼、起起落架和其他他有关的构件件，并把它们们连接成为一一个整体按照机身的功用用，首先在使使用方面，应应要求它具有有尽可能大的的空间，使它它的单位体积积利用率最高高，以便能装装载更多的人人和物资，同同时连接必须须安全可靠应应有良好的通通风加温和隔隔音设备；视视界必须广调调，以利于飞飞机的起落其其次在气动方方面，它的迎迎风面积应减减小到最小，表表面应光滑，形形状应流线化化而没有突角角和缝隙，以以便尽可能地地减小阻力。
另外，在保证有有足够的强度度、刚度和抗抗疲劳的能力力情况下，应应使它的重量量最轻对于于具有气密座座舱的机身，抗抗疲劳的能力力尤为重要飞机机身的型式一般有机身型、船身型和短舱型，机身型是陆上飞机的机体，水上飞机机体一般采用船身型，至于短舱型则是没有尾翼的机体，它包括双机身和双尾撑纵向骨架 机翼翼的纵向骨架架由翼梁、纵纵樯和桁条等等组成，所谓谓纵向是指沿沿翼展方向，它它们都是沿翼翼展方向布置置的 翼梁梁是最主要的的纵向构件，它它承受全部或或大部分弯矩矩和剪力翼翼梁一般由凸凸缘、腹板和和支柱构成凸凸缘通常由锻锻造铝合金或或高强度合金金钢制成，腹腹板用硬铝合合金板材制成成，与上下凸凸缘用螺钉或或铆钉相连接接凸缘和腹腹板组成工字字型梁，承受受由外载荷转转化而成的弯弯矩和剪力 纵樯与翼翼梁十分相像像，二者的区区别在于纵樯樯的凸缘很弱弱并且不与机机身相连，其其长度有时仅仅为翼展的一一部分纵樯樯通常布置在在机翼的前后后缘部分，与与上下蒙皮相相连，形成封封闭盒段，承承受扭矩靠靠后缘的纵樯樯还可以悬挂挂襟翼和副翼翼桁条是用铝合金金挤压或板材材弯制而成，铆铆接在蒙皮内内表面，支持持蒙皮以提高高其承载能力力，并共同将将气动力分布布载荷传给翼翼肋。
横向骨架 机翼翼的横向骨架架主要是指翼翼肋，而翼肋肋又包括普通通翼肋和加强强翼肋，横向向是指垂直于于翼展的方向向，它们的安安装方向一般般都垂直于机机翼前缘 普通翼肋的的作用是将纵纵向骨架和蒙蒙皮连成一体体，把由蒙皮皮和桁条传来来的空气动力力载荷传递给给翼梁，并保保持翼剖面的的形状加强强翼肋就是承承受有集中载载荷的翼肋1.3 课题题任务、研究究的内容和要要求本设计要研制出出针对飞机尾尾翼动作的自自动控制系统统，包括手柄柄，执行机构构和控制器设计内容如下：：1.3.1 系统总体方方案的制定其中包括机械系系统、驱动系系统、信号机机检测系统及及其它部分设设计的制定1.3.2 机械结构设设计其中包括操纵机机构、尾翼齿齿轮传动系统统等1.3.3 电气系统设设计其中包括单片机机及扩展芯片片系统设计本设计实现对尾尾翼转角的控控制，要求系系统用步进电电动机作为驱驱动执行元件件，由单片机机或可编程序序控制器组成成控制系统，尾尾翼运动过程程中不能有冲冲击、振动现现象，尾翼可可稳定在任意意位置尾翼翼倾角应能实实时显示尾尾翼倾角误差差≦±2主要技术参数主要技术参数是是用来表示机机器的主要技技术特征，工工作性能的数数据，也作为为设计的原始始数据，是总总体设计所必必要的。
主要技术参数如如下：① 最大转角：：（左右尾翼翼）② 运动形式：：左右尾翼分分开运动③ 驱动方式：：步进电机④ 用单片机控控制2. 系统总总体方案整个系统由操纵纵系统、信号号检测系统、信信号处理系统统、步进电机机控制系统、齿齿轮传动系统统组成操纵纵机构采用十十字手柄，包包括前后左右右四个方向的的运动，这样样就能分别控控制左右两片片尾翼正负方方向45度的的转角，从而而实现飞机起起飞、降落、左左转弯或右转转弯时对水平平尾翼的控制制2.1 操纵纵系统十字操纵杆可以以有四个运动动方向，分别别是前、后、左左、右偏转操操纵杆的前后后运动能实现现尾翼的下和和上的偏转；；操纵杆的左左右运动能实实现左右两尾尾翼的一上一一下偏转但但飞机平稳飞飞行时，飞机机机翼和尾翼翼保持空气动动力和飞机重重力的力矩平平衡假设飞飞行驾驶员向向前推操纵杆杆，传感器接接收到信号并并将其传送给给传动机构，传传动机构控制制飞机尾翼向向下偏转，这这样产生的附附加空气动力力和力矩打破破了原来的平平衡正面气气流自下吹向向尾翼，产生生了一个向上上的附加力，这这个力的作用用点位于飞机机中心后面，因因而产生了一一个使飞机机机尾上升的力力矩，正是这这个例句使飞飞机实现低头头，飞机向下下降落。
操纵纵杆后拉与前前推控制飞机机尾翼相似，能能实现飞机抬抬头，飞机向向上升起飞机实现方向偏偏转是驾驶员员通过左右推推动操纵杆偏偏转来实现的的假设驾驶驶员向左摆动动操纵杆，传传感器接收到到操纵杆偏转转角度和位移移，并将其作作为输入信号号传递给步进进伺服电机传传动机构，实实现左尾翼向向上偏转，使使迎角减小，因因而左尾翼升升力降低，右右尾翼向下偏偏转，迎角增增大，因而右右尾翼升力增增大左右尾尾翼产生的压压力差相对于于飞机纵轴产产生一个横滚滚力矩，这个个力矩使飞机机向左方向倾倾斜，实现飞飞机向左方向向偏转操纵纵杆向右摆动动与向左摆动动类似，实现现飞机向右方方向偏转2.2 信号号检测系统信号检测系统主主要由角度测测量仪等相关关元器件组成成，通过角度度测量仪来测测量,十字轴在转转动时所对应应轴的转角，并并将此转角信信号转化为电电信号电信信号经过信号号处理后，通通过步进电机机驱动电路来来控制步进电电机的运动，从从而带动齿轮轮来控制水平平尾翼在水水平尾翼的转转动轴处安装装角度测量仪仪来检测尾翼翼的转角，将将此信号返回回并检测判断断转角是否达达到所要求的的精度，当尾尾翼所转角不不足或过大时时，检测出相相差的值，并并根据这差值值作出相应的的动作来使转转角达到要求求。
在此过程程中还要不断断检测水平尾尾翼的转角、判判断、动作直直到满足要求求2.3 信号号处理系统该系统主要由单单片机、地址址锁存器、存存储器、I//O口扩展芯芯片、步进电电机驱动电路路等组成主主要负责将信信号检测系统统检测到的信信号经过处理理并其输出给给步进电机2.4 步进进电机控制系系统功率放大器：功功率放大器由由前置放大和和大功率驱动动两部分组成成，前者用于于推动大功率率器件而设置置，一般由反反相器、射极极跟随器等构构成；后者都都为大功率器器件，按电路路主要划分为为单电压电路路、双电压电电路、恒流斩斩波电路、调调频调压电路路、细分电路路等，是步进进电机驱动电电路中最重要要的部分脉冲频率的实现现：每输出一一个控制字就就相当于发送送一个步进脉脉冲，脉冲与与脉冲之间应应有时间间隔隔，即脉冲周周期，它反映映了步进电机机的步进频率率，即速度实实现脉冲周期期的方法很简简单，主要有有两种：利用用程序循环延延时和利用定定时器中断前前者占用计算算机机时较严严重，计算机机验时阶段将将不能处理其其他事务，且且延时不很精精确，但实现现简单，不占占用计算机硬硬件资源，主主要用与CPPU较空闲的的场合，后者者可以精确定定时，不占用用CPU时间间，但有时需需要系统另行行扩展定时器器。
2.5 尾翼翼齿轮传动系系统 尾翼部分主主要由步进电电机提供动力力，经过一级级齿轮传动系系统减速，带带动尾翼轴旋旋转，从而控控制整个尾翼翼的运动图2.1 尾尾翼转动轴的的设计3. 机械结结构设计 3.1 轴的的设计飞机水平尾翼的的可转动部分分称为襟翼,,小型飞机的的襟翼相应较较小,可以等等效为一个长长为300mmm|宽为1000mm的矩形形襟翼的转转轴位于襟翼翼的边缘，如如图所示：图3.1 襟翼翼示意图襟翼的转动范围围是与水平面面的夹角为±±45°小型飞机机的飞行速度度也比较低，最最高飞行速度度为500kkm/h，约约为138..89m/ss天气条件件较差（例如如大风、雷雨雨天气等）时时该类型的小小型飞机就不不飞行，所以以飞行时的天天气状况也比比较好现在以飞行的最最高速度来计计算，同时认认为襟翼与空空气相对速度度的夹角为990°，假设把空空气示为粒子子，空气粒子子的速度为正正，空气粒子子在撞击襟翼翼之后的速度度为零（实际际上空气的速速度仍然为正正）空气的的密度ρ=1.29kkg/襟翼转轴轴主要受扭矩矩现以冲量量的计算方法法来计算襟翼翼的受力，((转轴的材料料为45钢取取30MPaa)面积s=0.11*0.3==0.03 v==500kmm/h≈138.889m/s∵ Ft=mvv F=mv/tt=ρVv/t==ρsvv=11.29*00.03*1138.899*138..89=7446.54 N现假设力F作用用于襟翼的离离转轴最远的的边缘距离为为d=0.11m，则转矩 M=F**d=7466.54*00.1=744.654 N*m根据扭转强度条条件设计轴的的直径d由强度条件可知知 则 故轴安装最小轴轴承处的轴径径为ф25mm.。
同样襟翼之前的的传动轴的最最小轴径为фф25mm，当当传动比大于于1时可更小小本次设计计是按传动为为1来设计传传动轴的，所所以传动轴的的最小轴径为为ф25mm3.2 齿轮轮计算3.2.1 选择齿轮材材料和热处理理、精度等级级、齿轮齿数数考虑到传递功率率较小，要求求结构紧凑，使使用寿命长，由由齿轮常用材材料及其机械械性能表，选选大、小齿轮轮材料用400MnB，表表面淬火，齿齿面硬度488~55HRRC飞机尾尾翼齿轮传动动，对载荷分分布均匀性要要求高些，故故选齿轮精度度为8—8—7选小齿齿轮齿数=220，=i=603.2.2 按齿跟弯曲曲疲劳强度设设计闭式硬齿面齿轮轮传动，承载载能力一般取取决于弯曲强强度，故先按按弯曲强度设设计，演算接接触强度 由式 确定式中各项数数值：因载荷平稳，由使用系数K表表，查K=11，故初选载荷系数数K=2；所选用的电机转转矩=9.77Nm=9770Nmm由式，计算端面重合度度=1.688由式=0.7由齿宽系数表，选选取=0.77由外齿轮的齿形形系数图和外外齿轮的应力力修正系数图图查得=2.8 =11.56=2.32 =1..7由式==8.63查表得 Y=0.888，Y=0.899选 S= 1.600按齿面硬度均值值51HRCC,查表得 ==450MPPa []===248MPPa同理， []==250 MMPa ==0.01176同理，==0..0161所以，取前者设设计齿轮。
设计齿轮模数：：将确定后的的各项数值代代入设计公式式，求得： = =1.311mm修正： ==0.82m/s查表得 则: K=KKKK =1.322m=m=1.331mm考虑到磨损，选选用m=2mm的标准准模数确定齿轮几何参参数d=m Z=2220=40mmd=m Z=2260=120mma==80mmmb==40×00.7=28mm 取=35，=330校核齿面接触疲疲劳强度 由弹性系数表查查得Z=1889.8由节点区域系数数图查得由接触强度重合合度系数表查查得 由接触强度的寿寿命系数图查查得=0.992由渗碳淬火钢和和表面碳化（火火焰或感应淬淬火）的图，按按齿面硬度均均值51HRRc，在MQ和和ML线之间间查出 =由最小安全系数数参考值表查查得 .255 ==746 =780取前者作为强度度条件。
将确定出的各项项数值代入接接触强度校核核公式，得 =350 M Pa＜所以满足齿面接接触疲劳强度度3.3 轴承承的选择和计计算根据条件，轴承承预计寿命Lh=10×3300×166=480000h 由初选的轴承的的型号为: 6206, 查表可可知:d=330mm,外径DD=62mm,宽度BB=16mm,基本额额定动载荷CC=31.55KN, 基基本静载荷CCO=20..5KN, 已知nii=1211.67(rr/min))两轴承径向向反力：FRR1=FR22=10833N根据课本本得轴承内部部轴向力FS=0.633FR 则FFS1=FSS2=0.663FR1==0.63xx1083==682N∵FS1+Faa=FS2 Fa==0故任意取一端为为压紧端，现现取1端为压压紧端FA1=FS11=682NN FAA2=FS22=682NN求系数x、yFA1/FR11=682NN/10388N =0..63FA2/FR22=682NN/10388N =0..63根据课本P2665表（144-14）得得e=0.668FA1/FR11
轮轮毂轴承按额额定动负荷方方法选择轴承承选用62006深沟球轴轴承，另一个个选60244深沟球轴承承3.4 电机机的选择步进电机是一种种将电脉冲转转化为角位移移的执行机构构通俗一点点讲：当步进进驱动器接收收到一个脉冲冲信号，它就就驱动步进电电机按设定的的方向转动一一个固定的角角度（及步进进角）您可可以通过控制制脉冲个数来来控制角位移移量，从而达达到准确定位位的目的；同同时您可以通通过控制脉冲冲频率来控制制电机转动的的速度和加速速度，从而达达到调速的目目的根据飞飞机上的电机机的特殊工作作环境，要求求有较高的精精度参考技技术要求，步步进角为1..8.选择80hhHBPL型型系列行星减减速步进电机机步进电机作为执执行元件的显显著优点如下下：1、步进电机可可以直接接受受数字量信号号，控制较为为方便；2、步进电机具具有快速起、停停能力，可在在一刹那实现现启动或停止止，定位准确确；3、步进电机精精度高，步距距角可由每步步90°降低到0.336°常用步进电机有有三相、四相相、五相、六六相四种系系统机控制步步进电机，主主要任务是把把二进制数变变为脉冲序列列，按相序输输入脉冲以实实现电机转动动方向的控制制。
每输入一一个脉冲电机机沿选择方向向前进一步，每每前进一步电电机转动一个个固定角度从从这个意义讲讲，电机也是是一个数字//角度传感器器图3.2所示为为步进电机控控制示意图它它把电脉冲信信号变换成角角位移或直线线位移，其角角位移量θ或直线位移移量s与电脉脉冲数成正比比，其转速nn或线速度vv与脉冲频率率f成正比由由步进电动机机的控制特性性分析可见，在在额定负载范范围内，角位位移量θ或直线位移移量s、转速速n或线速度度v不因电源源电压、负载载大小、环境境条件的波动动而变化，因因而很适合在在开环系统中中作执行元件件，使控制系系统成本下降降当用微电脑进行行数字控制时时，它不需要要进行D/AA转换，能直直接把数字脉脉冲信号转换换为角位移，力力求定子各绕绕组间没有互互感，定、转转子都采用凸凸极结构，不不考虑空间磁磁场谐波的有有害影响，尽尽一切可能去去增加定位转转矩的幅值和和定位精度，把把转速控制和和调节放在次次要地位目目前，步进电电动机的功率率做的越来越越大，已经生生产出功率步步进电动机，它它可以不通过过传动齿轮等等力矩放大装装置，直接由由功率步进电电动机来带动动机床运动，从从而简化结构构，提高系统统精度。
光电隔离电路在在电动机驱动动电路中，脉脉冲分配器输输出的信号经经放大后控制制电动机的励励磁绕组，由由于电动机需需要的驱动电电压较高，电电流也比较大大，如果将输输出信号直接接与功率放大大器相连，将将会引起强电电气干扰轻轻则影响计算算机程序的正正常运行，重重则导致计算算机和接口电电路的损坏所所以一般在接接口电路功率率放大器之间间都要加上隔隔离电路，通通常使用的是是光电耦合器器光电耦合合器由发光器器件和受光器器件组成，连连接发光源的的引线作为输输入端，连接接受光件的引引线为输出端端通常发光光器件为发光光二极管，受受光器件为光光敏三极管当当输入信号加加到输入端时时，发光二极极管导通发出出红外光，受受光三极管受受光照射后，由由于光敏效应应产生光电流流，通过输出出端输出，从从而实现了以以光为媒介的的电信号传输输输入端与与输出端完全全隔离图3.2 步步进电机控制制示意图图3.3 步步进电机单电电压驱动电路路4. 控制系系统设计整个系统由操纵纵系统、信号号检测系统、信信号处理系统统、步进电机机控制系统、齿齿轮传动系统统组成角度传感器信号处 理功率放大器步进电机齿轮传动系统水平尾翼十字轴操作系统图4.1 系系统组成4.1 控制制部分硬件设设计构成微机控制部部分的硬件电电路概括起来来由以下四个个部分组成：：1、主控制器———即中央处处理单元CPPU，采用系系列的单片机机2、总线——包包括数据总线线（DB）、地地址总线（AAB）和控制制总线（CBB）3、存储器———包括可编成成存储器EPPROM和随随机读写数据据存储器RAAM4、I/O接口口电路及伺服服电机电路、检检测电路等外外围接口电路路。
其中CPU是整整个电路的核核心，其控制制其它各部分分协调工作的的“大脑”，存储器则则用于存放系系统软件（即即有相应的程程序）以及运运行过程中的的各种数据，接口是系统与外界进行信息交换的桥梁，三总线则是CPU与存储器、接口以及其它各种转换电路的纽带，是CPU与各部分电路进行信息交换和通讯的必由之路，本设计的控制部分系统硬件图如下： 控制对象伺服电机外设键盘、显示器、打印机存储器EPROM（2764） RAM（6264）中央处理器CPU （8031）输入/输出I/O接口（8155、8255）信号变换YD-15CD-5401AD-574 图4..1图4.2 控控制部分系统统硬件图4.2 主控制制器的CPUU的选择在微机应用系统统中，CPUU的选择应该该考虑以下要要素：时钟频频率和字长（控控制数据处理理的速度）可可扩展存储器器（RAM//ROM）的的容量、指令令系统功能是是否很强（即即编程的灵活活性）、I//O扩展的功功能（即对外外部控制的能能力）、开发发手段（包括括支持开发的的软件的硬件件电路）除除此之外，还还应根据系统统应用场合控控制对象以及及各种参数的的要求来选择择CPU。
目前，在我过过的数据系统统中，常用的的芯片有80086、80088、800386、88098、88096等116位机的CCPU，也有有8080、ZZ80、MCCS-48、MMCS-511系列的8位位机的CPUU，但是应用用最多的还是是Intell公司的MCCS-51系系列单片机作作为主控制器器 MCS-511系列单片机机主要有三种种型号的产品品8031、88051、88751该该系列产品是是集中CPUU I/O端端口及部分RRAM等为一一体的功能性性很强的控制制器，它的主主要特点是集集成度高可靠靠性好、运算算速度快，另另外，该系列列产品只需增增加少量外围围器件就可以以构成一个完完整的微机控控制系统，并并且开发手段段齐全，指令令系统功能强强，编程灵活活性大，硬件件资料也很丰丰富，是较为为理想的主选选控制器芯片片目前，工工业控制中应应用最多的是是8031单单片机，下面面介绍一下88031单片片机的基本性性能及使用方方法4.2.1 单片机的基基本性能① 具有一个8位微微处理器（CCPU）② 片内具有时钟发发生器（6MMHZ或122MHZ）执执行指令时间间为2或1③ 128字节数据据存储器（RRAM）、44K/8K字字节程序存储储器（ROMM/EPROOM）④ 具有21个特殊殊功能寄存器器⑤ 具有2个16位位可编程定时时/计数器⑥ 32跟I/O线线，4个I//O端口⑦ 5个中断源，可可编程为2个个优先级⑧ 一个全双工的可可运行于同步步/异步方式式的串行口⑨ 具有位寻址功能能，位寻址空空间00H~~FFH，适适用逻辑运算算⑩ 它使用单一一的+5V电电源，在主振振频率为6MMHZ时机器器同期为2,, 有四组工工作寄存器，每每组有8个88位的工作寄寄存器，根栈栈可设置于单单片机数据存存储器的任何何处，堆栈深深度最多可达达120/2248个单元元。
4.2.2 MCS-551系列单片片机的引脚及及功能MCS-51单单片机是一个个具有40根根引脚的双列列直插式（CCPU）器件件，这40只只引脚大致分分为电源（、、、）时钟（XXTA、XTTA）I/OO口（~）地址总线线和控制总线线（ALE、RRST、PRROG、）等等六大部分它它们的功能简简述如下：电源线：（200），电源地地线（40）芯芯片主电源（++5V）时钟： XTAA（18）：：震荡器反向向放大器输入入端，HMOOS芯片使用用外部震荡器器时，此端必必须接地XTA（19）：：震荡器反向向放大器输出出和内部时钟钟发生器的输输入端，HMMOS芯片使使用外部震荡荡器时，此端端用于输入外外部震荡信号号控制总线：ALLE/PROOG（30）：：地址锁存有有效信号，其其主要作用是是提供一个适适当的定时信号，在它的的下降适用于于外部程序存存储器或外部部数据存储器器的底8位地地址锁存使使分时作用为为地址总线（低低8位）和数数据总线此此信号在每个个机器周期出出现2次，只只是访问外部部数据存储器器期间才会输输出ALZ，在在任何可使用用外部数据在在存储器的系系统中，ALLE以1/66震荡频率的的固定速率输输出，用作外外部时钟定时时，当87551片内编程程时，此端输输入编程脉冲冲信号（PRROG）。
RST/（99）：复为输输入信号震震荡器工作时时，该引脚上上两个机器周周期的高电平平，可实现复复为操作在在掉电情况下下，后备电源源加到此脚，将将只给片内RRAM供电 EA/（311）：该访问问外部程序存存储器控制信信号输入端，当当EA为低电电平时，CPPU仅执行外外部存储器的的程序I/O线：（32~39）：：单片机的双双向数据总线线和低8位地地址总线分时时操作，先用用作地址总线线，在ALEE信号的下降降沿，地址锁锁存，然后用用作为数据总总线，也可用用作双向输入入/输出口，它它能吸入/方方出8个TTTL负载（作作总线工作时时）（1~8）：88位准双向输输入/输出口口在编程校校验期间，用用于传输低88位地址，它它能吸入/放放出4个TTTL负载（21~28）：：8位准双向向输入/输出出口，在访问问外部存储器器时，用作高高8位地址总总线，它能吸吸入/放出44个LSTTTL负载10~17）：：8位准双向向输入/输出出口，口的每每一根线还有有另一种功能能 串行输入口口： 串行输出口口：外部中断0输输入口：外部中断1输输入口：定时/计数器器0外部事件脉脉冲输入端：定时/计数器器1外部事件脉脉冲输入端：外部数据存储储器写脉冲：外部数据存储储器读脉冲4。
