高精度测角系统及其误差自动化补偿技术研究

论文摘要

高精度测角系统的研究是“十一五”惯性技术子专题——惯性测试设备关键技术的一项主要研究内容。随着航空航天技术的发展及现代战略战术武器性能的提高,对惯性测试设备提出了更高的要求。从技术指标方面,要求转台具有高精度、高分辨率、高频响、宽调速和超低速等,转台的精度主要取决于测角系统的精度,但如果从改进测角传感器入手来提高测角系统的精度,需要投入大量的人力、物力和财力。所以大力发展测试技术,建立误差模型,把常值误差和有规律的误差从总误差中分离出来,并予以补偿,是最有效的提高测角系统精度的捷径。同时随着转台的批量化生产,而相应的检定/校准人员较少,转台自动化测试平台的研制势在必行。利用计算机进行数据分析和处理实现自动化测试,是降低测试成本,提高工作效率和减少人为因素的有效途径。本文的主要工作包括:分析了感应同步器、旋转变压器测角传感器的工作原理和轴角转换芯片AD2S80A的动态误差特性,并对基于AD2S80A的感应同步器/旋转变压器测角系统的电路工作原理进行了分析。对基于AD2S80A轴角转换器的感应同步器/旋转变压器测角系统进行了误差分析,建立了误差模型,包括长周期一次四次谐波和短周期一次四次谐波,这8种误差信号除长周期一次和短周期三次耦合外,都是正交的。若初始位置相差180°,长周期一次和短周期三次谐波耦合关系相同,方向相反,可以有效分离耦合谐波分量,从而得出测角系统完整误差模型,并予以补偿。实际测试结果表明,误差补偿后感应同步器/旋转变压器测角精度由峰峰15.8″提高到峰峰1.7″。基于自准直仪-23面棱体测试角位置误差方法,开发了角位置误差自动化测试平台。该平台基于RTX,可以满足测试转台高实时性的要求;系统利用Win32强大的图形显示功能,上位机软件在C++Bulider编写,结构清晰,便于维护,可移植性强。该自动测试软件已用于转台的测试工作中,实际测试结果表明,该方法自动化程度高、检测时间短,测试数据残差小,误差补偿较人工测试更充分,显著提高了测角的精度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义
• 1.2 国内外测角系统的研究现状
• 1.2.1 国外测角系统的发展状况
• 1.2.2 国内测角系统的发展状况
• 1.3 惯性系统测试技术发展现状
• 1.4 本课题的主要研究内容
• 第2章 测角传感器结构与工作原理
• 2.1 引言
• 2.2 感应同步器的结构和工作原理
• 2.2.1 感应同步器的结构
• 2.2.2 感应同步器工作原理
• 2.3 旋转变压器的结构和工作原理
• 2.3.1 旋转变压器的结构
• 2.3.2 旋转变压器的工作原理
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于AD2S80A 测角电路的设计原理
• 3.1 AD2S80A 轴角转换芯片
• 3.1.1 AD2S80A 芯片特点
• 3.1.2 AD2S80A 的闭环工作原理
• 3.1.3 AD2S80A 内部电路工作原理
• 3.1.4 外围元件选择
• 3.1.5 AD2S80A 数学模型和误差特性分析
• 3.2 基于AD2S80A 的鉴幅型感应同步器/旋转变压器测角原理
• 3.2.1 基于AD2S80A 的鉴幅型感应同步器测角原理
• 3.2.2 基于AD2S80 的鉴幅型旋转变压器测角原理
• 3.3 测角系统误差分析
• 3.3.1 长周期一次谐波测角误差
• 3.3.2 长周期二次谐波测角误差
• 3.3.3 短周期一次谐波测角误差
• 3.3.4 短周期二次谐波测角误差
• 3.3.5 其他谐波误差
• 3.3.6 误差合成
• 3.4 本章小结
• 第4章 角位置误差测量方法
• 4.1 测量方法与步骤
• 4.1.1 环境条件
• 4.1.2 仪器调整和测量
• 4.2 测量过程中自准直仪读数与正多面棱体偏差符号的选择
• 4.2.1 棱体偏差
• 4.2.2 轴系零起角位置误差的检定
• 4.3 误差的分离方法
• 4.3.1 机电一次-二次误差分离
• 4.3.2 机电一次-四次谐波误差分离
• 4.4 工程分离机电一次-四次谐波实验
• 4.4.1 机电一次-四次谐波误差分离过程1
• 4.4.2 机电一次-四次谐波误差分离过程2
• 4.4.3 测角误差补偿实验
• 4.5 本章小结
• 第5章 自动化测试补偿平台的软件实现
• 5.1 任务概述
• 5.2 系统组成及工作原理
• 5.3 自动化测试平台的设计与实现
• 5.3.1 测试软件的构成
• 5.3.2 自动化测试软件主要功能模块介绍
• 5.3.3 测试程序的执行流程和主要功能的实现
• 5.3.4 串口通信的实现方法
• 5.4 测试结果分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢