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车载单台光电经纬仪系统的主轴设计分析

石磊  
【摘要】:在武器控制系统,天文观测设备以及激光通讯系统中,都须要有光电捕获跟踪与瞄准装置,以便迅速发现并精确跟踪目标。由于测量精度等技术指标逐渐提高,因此对捕获跟踪与瞄准的要求也越来越高。固定光电经纬仪伺服系统的主轴设计已经相当完善,但车载.船载光电经纬仪伺服系统的主轴设计还在不断完善中。本文只研究单台设备单方向主轴设计。 双轴复合轴结构是在大惯量跟踪架的主光路中插入一高谐振频率快速反射镜 ,构成主从(习惯上也称粗、精 )跟踪方式 ,主轴对运动目标进行捕获与粗跟踪 ,而从轴对主轴的跟踪残差进行精跟踪 ,即对仪器视轴进行精调整。 在车、船、飞机和卫星等运动装置中的跟踪瞄准系统中,由于载体的运动给的跟踪瞄准带来了扰动并产生误差。为准确跟踪目标必须建立一稳定分系统,将跟踪传感器的视轴与基座的运动和震动等相隔离,使稳定分系统的负载“稳定”在固定的惯性空间方向。跟踪系统则是在稳定分系统基础上控制仪器视轴指向目标。 这种视线稳定/跟踪系统基本上由内、外两个回路组成。内回路是用陀螺仪闭合的,称为稳定回路。陀螺仪装在框架上,它的指向为稳定的空间基准,当框架转动时是以陀螺方向为基准,不以载体或基座为准。稳定回路多半采用速度陀螺或积分陀螺作速度反馈元件,并构成速度回路。系统的外回路就是跟踪回路,它控制稳定分系统(即内同路)对准目标。 本课题在理论和实践两个方面进行了讨论: (1)理论方面: a)对于车载.船载光电经纬仪伺服系统的主轴设计,载体的扰动是设计中要排除的主要因素之一。如何在载体扰动的振幅为0.1rad、角频率为1Hz条件下,确保光电经纬仪在惯性空间的绝 WP=78 对位置变化小于lmrad,则是系统设计的难点。因为,对如此大功率的系统,结构谐振频率约为5~9Hz,系统通频带不可能做得很宽。 b)系统的调速范围为500,但速度下限要求0.02°/s(约0.3mrad/s)平稳运行。因而,解决低速平稳性则是系统设计的第二个难点。 可见,本系统的主要特点是高精度、宽调速范围、高刚度,而且系统精度主要受结构谐振频率的限制。因此,设法提高系统精度、保证低速平稳性是本系统设计的关键。 针对的上述特点要实现技术指标如此高的跟踪和稳定精度,仅按误差原理作用的伺服系统来实现光电经纬仪伺服系统的高精度跟踪和稳定.系统稳定性要求与提高系统精度是矛盾的,实现高精度跟踪与稳定是有限的。要解决这个问题,必须考虑另外的控制方案。一种可行的方案便是基于不变性原理的复合控制(开、闭环控制)方案。本文就是采用此方法。 (2)本课题在实践方面进行了以下四个方面探讨: a)应用灵敏度分析系统各部分参数的变化对系统性能的影响。参数变化对系统影响大的部分需要精选元器件,甚至采取防止参数变化的特殊措施。参数变化对系统影响小的部分,则元、部件的误差容限可以放宽—些。 b)应用误差分配理论对系统误差进行合理分配。动态误差和干扰引起的误差取决于系统设计,而元、部件的固有误差则是无法克服的。必须根据灵敏度分析的结果合理分配误差。应用误差传递理论合理解决各部分静态误差问题(例如电机死区问题) c)对于位置闭环带宽大于机械谐振频率的系统应如何解决。必须选择合理的系统结构来解决带宽问题。 d)本文探讨了如何根据角速度.角加速度来选择满足性能要的电机。


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