转台是一种高精度测量与仿真设备,适用于复杂环境下的高速测量和仿真试验,例如应用于极端环境下的军工业高精度测量,可以弥补传统测量方式的不足,应用于航天器飞行仿真领域,可以极大地提高工作效率,减小安全事故发生概率。当前国内对于高精度转台的研究还处于摸索阶段,所以针对转台的研发对国防及经济建设均具有重大意义。本文设计了基于超声电机的高精度二维转台,提出一种超声电机驱动电路方案,实现超声电机速度稳定可控的目的,实现了转台的测角及控制扫描功能,可配合高精度相位式测距模块实现空间大尺寸非合作目标三维形貌测量。本文以高精度相位式三维形貌测量仪研发为背景,设计了以超声电机与绝对式旋转编码器为核心组件的高精度二维转台系统。转台采用超声电机作为驱动源,实现俯仰方向扫描,并增设精密水平旋转平台为转台提供水平偏转,通过编码器实时测量转台角度位置,控制转台的扫描模式,实现转台扫描测量功能。本课题中二维转台的设计难点有三:一是转台驱动源超声电机运动速度需要稳定可控;二是需要实现编码器高速、精密测角;三是需要实现转台运动模式控制。针对以上问题,本文的主要工作内容如下所示:1、设计高精度二维转台系统,定义转台运动模式,阐述转台工作原理及流程。2、根据超声电机驱动原理,本文提出一种新型超声电机驱动电路方案,电路采用编码器实时测量超声电机速度,反馈调节超声电机驱动频率,实现频率跟踪,从而实现超声电机速度稳定可控的目的。本文给出驱动电路设计方案,并对具体电路模块加以仿真分析,完成了原理图设计,硬件电路PCB制作及板卡调试。通过板级测试显示驱动电路具有良好的驱动能力,电机速度稳定可控。3、本文完成了以编码器为核心的转台测角模块通信电路设计及软件代码实现。首先给出编码器测角模块实现方案,设计了编码器通信接口电路,其次分析了测角模块软件代码架构,最后根据编码器EnDat2.1通信协议成功实现编码器与现场可编程门阵列(FPGA)之间的通信,实现编码器实时测角功能。4、基于二维转台系统架构,以FPGA为主控芯片,以超声电机驱动转台承载激光器扫描空间目标,利用编码器完成实时角度测量,实现二维转台系统的扫描功能。最终测试表明转台俯仰视野范围为180°,横向视野范围为360°,测量速度13333pts/s,动态俯仰测角分辨率可达5.7角秒,动态方位测角分辨率可达5.4角秒,转台静态俯仰测角精度可达0.1043角秒,方位测角精度可达0.0910角秒。