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        紅外導(dǎo)引頭伺服回轉(zhuǎn)平臺(tái)質(zhì)心偏載測(cè)量方法研究

        2017-11-27 05:48:32趙天承何鎖純
        宇航計(jì)測(cè)技術(shù) 2017年4期
        關(guān)鍵詞:測(cè)量

        劉 凱 趙天承 汪 濤 何鎖純

        (北京航天計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所,北京 100076)

        紅外導(dǎo)引頭伺服回轉(zhuǎn)平臺(tái)質(zhì)心偏載測(cè)量方法研究

        劉 凱 趙天承 汪 濤 何鎖純

        (北京航天計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所,北京 100076)

        研究分析了某紅外導(dǎo)引頭伺服回轉(zhuǎn)平臺(tái)偏心力矩產(chǎn)生的物理模型,根據(jù)力學(xué)原理推導(dǎo)出一種簡(jiǎn)單實(shí)用的等效測(cè)量算法,大大簡(jiǎn)化了以往復(fù)雜測(cè)量計(jì)算過(guò)程,該方法克服了以往測(cè)量方法的不足,可以推廣應(yīng)用。

        平臺(tái) 質(zhì)心偏載 等效 算法

        1 引 言

        紅外導(dǎo)引頭工作環(huán)境復(fù)雜,經(jīng)常處于高強(qiáng)度瞬時(shí)沖擊的狀態(tài),其伺服回轉(zhuǎn)平臺(tái)上兩側(cè)安裝有具有探測(cè)作用的兩個(gè)裝置,二者質(zhì)量不平衡力矩對(duì)伺服回轉(zhuǎn)平臺(tái)伺服性能的影響更為突出,質(zhì)量不平衡力矩與環(huán)境加速度成正比關(guān)系,在高強(qiáng)度沖擊下對(duì)伺服回轉(zhuǎn)平臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生很大的過(guò)載力矩,進(jìn)而影響伺服回轉(zhuǎn)平臺(tái)的伺服性能,導(dǎo)致伺服回轉(zhuǎn)平臺(tái)控制參數(shù)不匹配。

        目前針對(duì)伺服回轉(zhuǎn)平臺(tái)的質(zhì)心測(cè)試方法并不成熟,國(guó)內(nèi)外常見的質(zhì)心測(cè)量方法按原理可大致分為以下3類[1]:重力效應(yīng)的原理、理論分析的原理以及力矩平衡的原理,詳見表1。

        由于伺服回轉(zhuǎn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、測(cè)量精度高,重力效應(yīng)的方法由于測(cè)量精度不高,不適合使用;基于理論分析的方法因?yàn)槟壳暗臈l件限制,也不適合使用;力矩平衡法最適合伺服回轉(zhuǎn)平臺(tái)質(zhì)心位置測(cè)量。

        表1 常見質(zhì)心偏載測(cè)量方法分類

        對(duì)于同時(shí)兼有動(dòng)載部分和靜載部分的的質(zhì)心偏載測(cè)量,力矩平衡法目前主要采用列力矩平衡方程的方法,引入?yún)?shù)多,計(jì)算復(fù)雜。因此質(zhì)心測(cè)量方法研究具有十分重要的意義。

        2力矩平衡等效法測(cè)量方法推導(dǎo)及分析

        伺服回轉(zhuǎn)平臺(tái)質(zhì)心偏載測(cè)量過(guò)程中,靜載部分保持靜止,動(dòng)載部分繞著其回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。相應(yīng)的如果動(dòng)載部分的質(zhì)心不在回轉(zhuǎn)軸上,其質(zhì)心會(huì)繞著回轉(zhuǎn)軸作圓周運(yùn)動(dòng)。

        如圖1所示,建立測(cè)量原理坐標(biāo)系,使X軸、Y軸平行于大地水平面,Z軸朝天,伺服回轉(zhuǎn)平臺(tái)測(cè)試時(shí),回轉(zhuǎn)軸與Z軸重合。設(shè)回轉(zhuǎn)平臺(tái)上不隨回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的靜載部分質(zhì)心為OMxM,yM,隨回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)載部分質(zhì)心為Omxm,ym。

        在回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中,動(dòng)載部分的質(zhì)心會(huì)在坐標(biāo)系中XOY面內(nèi)繪制一個(gè)以O(shè)m為圓心的圓,設(shè)AxA,yA、BxB,yB、CxC,yC為圓上任意3點(diǎn)。

        根據(jù)平行力系合成定理[2]可知,在動(dòng)載部分質(zhì)心AxA,yA(或BxB,yB;CxC,yC)和靜載部分質(zhì)心OMxM,yM之間必然存在一個(gè)點(diǎn)ExE,yE(或FxF,yF;GxG,yG),滿足如下力矩平衡方程

        (1)

        式中:M——靜載部分質(zhì)量;m——?jiǎng)虞d部分質(zhì)量;xM,yM——靜載部分質(zhì)心坐標(biāo);xA,yA——?jiǎng)虞d部分質(zhì)心在A點(diǎn)時(shí)坐標(biāo);xE,yE——整體質(zhì)心在E點(diǎn)時(shí)坐標(biāo)。

        (2)

        式中:xB,yB——?jiǎng)虞d部分質(zhì)心在B點(diǎn)時(shí)坐標(biāo);xF,yF——整體質(zhì)心在F點(diǎn)時(shí)坐標(biāo)。

        (3)

        式中:xC,yC——?jiǎng)虞d部分質(zhì)心在C點(diǎn)時(shí)坐標(biāo);xG,yG——整體質(zhì)心在G點(diǎn)時(shí)坐標(biāo)。

        將式(2)-式(1),則

        (4)

        整理得

        (5)

        同理可得

        (6)

        根據(jù)相似三角形判定原理,可得△ABC∽△EFG,設(shè)OM+mxM+m,yM+m為△EFG圓心 。由力矩力臂相似三角形可知

        (7)

        綜上,測(cè)量伺服回轉(zhuǎn)平臺(tái)動(dòng)載部分繞回轉(zhuǎn)軸的偏載力矩,等效于在這個(gè)過(guò)程中靜載和動(dòng)載作為整體質(zhì)心的偏載力矩。如圖2所示建立測(cè)量坐標(biāo)系[3],在測(cè)量坐標(biāo)系內(nèi)布置4個(gè)稱重傳感器。

        轉(zhuǎn)動(dòng)伺服回轉(zhuǎn)平臺(tái),分別對(duì)X軸、Y軸建立力矩平衡方程[4]

        Fi1+Fi2+Fi3+Fi4=M+m

        (8)

        式中:Fi1,F(xiàn)i2,F(xiàn)i3,F(xiàn)i4——分別為動(dòng)載部分質(zhì)心在Di(i=1,2,3,4)時(shí)稱重傳感器K1,K2,K3,K4的示值,kg。

        (9)

        式中:Xi,Yi——?jiǎng)虞d部分質(zhì)心在Di(i=1,2,3)時(shí)整體質(zhì)心坐標(biāo)。

        (10)

        根據(jù)正弦與余弦的正負(fù)極性來(lái)判斷質(zhì)心偏載在回轉(zhuǎn)坐標(biāo)系(以回轉(zhuǎn)軸為原點(diǎn),坐標(biāo)軸與測(cè)量坐標(biāo)系平行)內(nèi)的位置。具體見表2。

        表2 質(zhì)心偏載力矩在回轉(zhuǎn)坐標(biāo)系位置判定

        當(dāng)在回轉(zhuǎn)過(guò)程中取更多點(diǎn)時(shí),將會(huì)計(jì)算出更可靠準(zhǔn)確的質(zhì)心偏載力矩。

        3 結(jié)束語(yǔ)

        根據(jù)力學(xué)原理對(duì)伺服回轉(zhuǎn)平臺(tái)的質(zhì)心進(jìn)行受力分析及數(shù)學(xué)解析,分析總結(jié)出簡(jiǎn)潔實(shí)用的測(cè)量方法。提高了測(cè)量速度和可靠性。該方法可以廣泛應(yīng)用于類似本伺服回轉(zhuǎn)平臺(tái)的測(cè)量工作,對(duì)于質(zhì)心偏載的測(cè)量及工業(yè)應(yīng)用具有重要的作用。

        [1] 王磊,林宇,張若嵐. 輕小型紅外成像穩(wěn)定平臺(tái)質(zhì)心測(cè)量方法探究[J]. 測(cè)量技術(shù),2013,35(7):434~438.

        [2] 王鐸,程靳. 理論力學(xué) [M]. 北京:高等教育出版社,2006.

        [3] 盧志輝,孫志揚(yáng),李祥云,薄悅,張磊樂(lè).高精度質(zhì)心測(cè)量方法研究[J].兵工學(xué)報(bào),2009,30(12):1 748~1 752.

        [4] 吳斌,王海峰,馬貴賢.大質(zhì)量飛行器質(zhì)心測(cè)量方法[J].宇航計(jì)測(cè)技術(shù),2007(6):28~30.

        ResearchonMeasurementMethodofMassEccentricaboutServo-assistedRevolvingPlatformofInfraredSeeker

        LIU Kai ZHAO Tian-cheng WANG Tao HE Suo-chun

        (Beijing Aerospace Institute for Metrology and Measurement Technology,Beijing 100076,China)

        The generation for mass eccentric about servo-assisted revolving platform of infrared seeker is researched, and a new concise equivalent measurement algorithm is excogitated by building mechanical model.this measurement greatly simplified the former complex measuring process,and can be applied widely.

        Platform Mass eccentric Equivalent Algorithm

        2016-08-30,

        2017-03-24

        劉凱(1987-),男,碩士,工程師,主要研究方向:飛行器瞄準(zhǔn)定向技術(shù)。

        1000-7202(2017) 04-0040-03

        10.12060/j.issn.1000-7202.2017.04.09

        TN216

        A

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