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

      2017-11-27 05:48:32趙天承何鎖純
      宇航計(jì)測技術(shù) 2017年4期
      關(guān)鍵詞:導(dǎo)引頭轉(zhuǎn)軸測量方法

      劉 凱 趙天承 汪 濤 何鎖純

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

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

      劉 凱 趙天承 汪 濤 何鎖純

      (北京航天計(jì)量測試技術(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)出一種簡單實(shí)用的等效測量算法,大大簡化了以往復(fù)雜測量計(jì)算過程,該方法克服了以往測量方法的不足,可以推廣應(yīng)用。

      平臺 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)度瞬時沖擊的狀態(tài),其伺服回轉(zhuǎn)平臺上兩側(cè)安裝有具有探測作用的兩個裝置,二者質(zhì)量不平衡力矩對伺服回轉(zhuǎn)平臺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)度沖擊下對伺服回轉(zhuǎn)平臺的旋轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生很大的過載力矩,進(jìn)而影響伺服回轉(zhuǎn)平臺的伺服性能,導(dǎo)致伺服回轉(zhuǎn)平臺控制參數(shù)不匹配。

      目前針對伺服回轉(zhuǎn)平臺的質(zhì)心測試方法并不成熟,國內(nèi)外常見的質(zhì)心測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)平臺結(jié)構(gòu)復(fù)雜、測量精度高,重力效應(yīng)的方法由于測量精度不高,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)平臺質(zhì)心位置測量。

      表1 常見質(zhì)心偏載測量方法分類

      對于同時兼有動載部分和靜載部分的的質(zhì)心偏載測量,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)心測量方法研究具有十分重要的意義。

      2力矩平衡等效法測量方法推導(dǎo)及分析

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

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

      在回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動過程中,動載部分的質(zhì)心會在坐標(biāo)系中XOY面內(nèi)繪制一個以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——動載部分質(zhì)量;xM,yM——靜載部分質(zhì)心坐標(biāo);xA,yA——動載部分質(zhì)心在A點(diǎn)時坐標(biāo);xE,yE——整體質(zhì)心在E點(diǎn)時坐標(biāo)。

      (2)

      式中:xB,yB——動載部分質(zhì)心在B點(diǎn)時坐標(biāo);xF,yF——整體質(zhì)心在F點(diǎn)時坐標(biāo)。

      (3)

      式中:xC,yC——動載部分質(zhì)心在C點(diǎn)時坐標(biāo);xG,yG——整體質(zhì)心在G點(diǎn)時坐標(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,測量伺服回轉(zhuǎn)平臺動載部分繞回轉(zhuǎn)軸的偏載力矩,等效于在這個過程中靜載和動載作為整體質(zhì)心的偏載力矩。如圖2所示建立測量坐標(biāo)系[3],在測量坐標(biāo)系內(nèi)布置4個稱重傳感器。

      轉(zhuǎn)動伺服回轉(zhuǎn)平臺,分別對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——分別為動載部分質(zhì)心在Di(i=1,2,3,4)時稱重傳感器K1,K2,K3,K4的示值,kg。

      (9)

      式中:Xi,Yi——動載部分質(zhì)心在Di(i=1,2,3)時整體質(zhì)心坐標(biāo)。

      (10)

      根據(jù)正弦與余弦的正負(fù)極性來判斷質(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)過程中取更多點(diǎn)時,將會計(jì)算出更可靠準(zhǔn)確的質(zhì)心偏載力矩。

      3 結(jié)束語

      根據(jù)力學(xué)原理對伺服回轉(zhuǎn)平臺的質(zhì)心進(jìn)行受力分析及數(shù)學(xué)解析,分析總結(jié)出簡潔實(shí)用的測量方法。提高了測量速度和可靠性。該方法可以廣泛應(yīng)用于類似本伺服回轉(zhuǎn)平臺的測量工作,對于質(zhì)心偏載的測量及工業(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)定平臺質(zhì)心測量方法探究[J]. 測量技術(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.高精度質(zhì)心測量方法研究[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)心測量方法[J].宇航計(jì)測技術(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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