惯性平台框架摩擦力矩测试系统研究

论文摘要

惯性平台是导弹导航系统中的重要组成部件,它是以陀螺仪为敏感元件,以平台框架和台体作为稳定对象的自动调节系统。惯性平台在工作过程中,通过调整各个框架对安装在台体上的加速度计进行稳定。在调整框架的过程中,框架会受到摩擦力矩的作用,其大小和波动值将直接影响惯性平台的稳定性、可靠性和使用寿命。惯性平台框架摩擦力矩是多种因素共同作用的结果,有数值小,易受干扰的特点。目前,国内对惯性平台框架摩擦力矩测试方法及测试设备的研究较少,因此对惯性平台框架摩擦力矩测试系统的研究具有重要意义。本文在介绍惯性平台结构与工作原理的基础上,对现有的测试方法进行了研究,设计了一种基于平衡力矩法的测试方案,即力矩电机输出力矩与其克服的框架摩擦力矩相平衡,来对摩擦力矩进行测试。对测试系统的硬件、测试方法和软件进行了设计,搭建了惯性平台框架摩擦力矩测试实验系统,可以对最大静摩擦力矩与动摩擦力矩进行测试。本系统以高性能的工控机和数据采集卡作为系统的控制核心,利用多极旋转变压器对框架姿态角进行测量,通过RDC解调电路实现角度信号的模数转换,便于对力矩电机转动的控制。在传统PID控制的基础上,设计了Bang-Bang+PID的电机控制方法,可以使电机快速、精确地进行角度定位。设计了基于PWM的电机速度控制方法和利用多极旋转变压器精粗机耦合的高精度角度测量方法,提高了整个测试系统的控制精度。另外,本测试系统可以在惯性平台的装配过程中,对主要组成元件（加速度计、坐标分解器、旋转变压器）的输出信号进行采集并显示,便于装配人员对元件安装位置的调节。对数据采集卡的D/A输出和力矩电机的输出力矩进行了标定,得到了相应的标定值。最后,利用本摩擦力矩测试实验系统,对惯性平台各框架的最大静摩擦力矩和动摩擦力矩进行测试,对角度定位进行了实验。分析了实验数据,验证了以上的测试方法和控制策略,证明了方案的可行性,可以得到满足一定精度要求的测试结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 测试对象简介
• 1.3 摩擦力矩测试的发展概况
• 1.3.1 摩擦力矩的来源分析
• 1.3.2 摩擦力矩测试方法研究
• 1.3.3 摩擦力矩测试仪研究概况
• 1.4 课题来源及内容安排
• 1.4.1 课题来源
• 1.4.2 课题的内容安排
• 第2章 系统硬件设计
• 2.1 总体设计方案
• 2.1.1 测试内容
• 2.1.2 主要技术指标
• 2.1.3 系统组成及工作原理
• 2.2 系统控制方案设计
• 2.2.1 控制方案
• 2.2.2 系统控制单元设计
• 2.3 角度测量模块设计
• 2.3.1 多极旋转变压器
• 2.3.2 RDC 电路设计
• 2.4 电机驱动模块设计
• 2.4.1 直流力矩电机
• 2.4.2 驱动电路设计
• 2.5 装配过程测量方案设计
• 2.5.1 加速度计
• 2.5.2 坐标分解器
• 2.5.3 线性旋转变压器
• 2.5.4 测量模块设计
• 2.6 本章小结
• 第3章 测试方法与软件设计
• 3.1 摩擦力矩测试方案
• 3.1.1 摩擦力矩测试方法的选择
• 3.1.2 最大静摩擦力矩测试方法设计
• 3.1.3 动摩擦力矩测试方法设计
• 3.2 电机控制方法研究
• 3.2.1 经典PID 控制研究
• 3.2.2 改进的PID 控制设计
• 3.2.3 电机速度控制研究
• 3.3 角度测量方法研究
• 3.4 软件设计
• 3.4.1 测试软件总流程
• 3.4.2 系统软件控制层次
• 3.4.3 软件开发环境
• 3.5 本章小结
• 第4章 测试系统实验
• 4.1 测试系统搭建
• 4.2 设备标定
• 4.2.1 板卡标定
• 4.2.2 力矩电机标定
• 4.3 实验数据分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢