位標(biāo)器是導(dǎo)彈導(dǎo)引頭的關(guān)鍵部分,和導(dǎo)彈的打擊精度緊密相關(guān),使其保持高精度就顯得非常重要。位標(biāo)器的測試與標(biāo)定精度是由位標(biāo)器測試轉(zhuǎn)臺的精度決定的,提高測試轉(zhuǎn)臺的精度是提高位標(biāo)器標(biāo)定精度的最有效途徑。因此,研究一種適用于某型號位標(biāo)器的測試標(biāo)定轉(zhuǎn)臺就具有重要的實際意義和價值。本文采用理論分析計算與樣機實驗相結(jié)合的方法,主要圍繞基于超聲波電機的二軸精密無磁轉(zhuǎn)臺關(guān)鍵技術(shù)、總體方案設(shè)計、直線駐波超聲電機驅(qū)動性能的分析計算、二軸精密轉(zhuǎn)臺的指向精度分析計算、伺服控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性及控制精度以及最后的實驗驗證等方面開展了研究工作。首先,根據(jù)二軸精密無磁電動轉(zhuǎn)臺的設(shè)計指標(biāo)要求,如負載大小、精度性能要求、無磁性能等要求,對驅(qū)動方式、導(dǎo)軌類型、位置檢測系統(tǒng)進行了設(shè)計選型,提出了基于超聲波電機的運動平臺總體方案。根據(jù)二軸轉(zhuǎn)臺的負載大小和運動參數(shù)要求,進行了方位軸和俯仰軸超聲波電機使用數(shù)量的計算。然后進行了二軸精密無磁轉(zhuǎn)臺的控制系統(tǒng)設(shè)計,給出了轉(zhuǎn)臺控制過程。其次,研究了轉(zhuǎn)臺電機的驅(qū)動性能和轉(zhuǎn)臺的啟停特性。根據(jù)超聲波電機的工作原理,建立摩擦耦合界面的數(shù)學(xué)模型,計算超聲波電機驅(qū)動足的穩(wěn)態(tài)輸出力和轉(zhuǎn)子最大角速度,分析了摩擦材料類型、預(yù)緊力大小、轉(zhuǎn)子角速度等對超聲波電機最大輸出力的影響,最終得出選擇氧化鋁為摩擦材料、預(yù)緊力為45N時,超聲波電機的輸出力最大,單個驅(qū)動足最大輸出力為3.2N。通過分析得出,轉(zhuǎn)臺的最大運轉(zhuǎn)角速度和預(yù)緊力大小成反比,但是增大預(yù)緊力可以減小轉(zhuǎn)臺的啟動時間。最后通過仿真分析驗證了預(yù)緊力大小和超聲波電機輸出力、轉(zhuǎn)子最大角速度的關(guān)系,并驗證了超聲波電機驅(qū)動形式具有很強的非線性。再次,圍繞二軸轉(zhuǎn)臺的機械本體和控制系統(tǒng)兩方面,分析了其指向精度和控制精度。通過對機械本體建立誤差模型,分析各個誤差源對指向誤差的影響,找出指向誤差最敏感的誤差源,然后在加工裝配過程中避免并進行誤差補償。然后分析了控制系統(tǒng)精度,通過PID參數(shù)整定實驗分析,二軸精密轉(zhuǎn)臺能夠?qū)崿F(xiàn)0.001′的定位精度,并且具有很小的響應(yīng)時間和很高的重復(fù)定位精度。最后,結(jié)合前面章節(jié)的分析,對樣機進行了一系列實驗驗證。驗證了二軸無磁轉(zhuǎn)臺的無磁性能,符合位標(biāo)器的標(biāo)定環(huán)境要求;驗證了預(yù)緊力大小與超聲波電機輸出力和轉(zhuǎn)子速度的關(guān)系,證實了超聲波電機驅(qū)動具有很強的非線性問題;實驗結(jié)果表明,基于超聲波電機的運動平臺具有很高的位置精度和重復(fù)定位精度。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TJ765.331
【部分圖文】：

第1章緒論1第1章緒論1.1課題背景及研究意義本課題旨在研制用于測試、標(biāo)定某型號導(dǎo)彈位標(biāo)器的測試轉(zhuǎn)臺，位標(biāo)器的標(biāo)定精度直接決定了導(dǎo)彈跟蹤目標(biāo)的能力。提高測試轉(zhuǎn)臺的精度，是獲得較高測試和標(biāo)定精度的最有效途徑[1]。轉(zhuǎn)臺按照功能一般分為慣導(dǎo)測試臺和仿真轉(zhuǎn)臺，用于飛行器制導(dǎo)產(chǎn)品的標(biāo)定、性能測試和半實物仿真。慣導(dǎo)測試臺用于慣導(dǎo)元器件或?qū)Ш较到y(tǒng)的測試和標(biāo)定，主要提供精確的空間坐標(biāo)定位、精密的角速率以及角加速度測試基準(zhǔn)[2]。仿真轉(zhuǎn)臺主要用于慣導(dǎo)系統(tǒng)在空中姿態(tài)的模擬和跟蹤目標(biāo)運動的模擬，測試單個載體的姿態(tài)角變化，或者多個載體間的相對運動、對接過程以及其他參數(shù)[3]。轉(zhuǎn)臺根據(jù)運動自由度數(shù)分為二軸、三軸、五軸轉(zhuǎn)臺等，各類型常規(guī)轉(zhuǎn)臺分別如圖1.1(a)~(d)所示。(a)二軸手動標(biāo)定轉(zhuǎn)臺(b)二軸電動轉(zhuǎn)臺(c)三軸仿真轉(zhuǎn)臺(d)五軸飛行轉(zhuǎn)臺圖1.1不同形式的仿真轉(zhuǎn)臺

哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文2隨著超聲波電機技術(shù)的不斷發(fā)展成熟，應(yīng)用基于超聲波電機的精密運動裝置實現(xiàn)標(biāo)定成為可能[4]。超聲波電機沒有傳統(tǒng)電機的繞組和磁路，利用壓電材料的逆效應(yīng)或者電致伸縮效應(yīng)，通過給壓電材料施加一個高頻高壓信號，使壓電材料發(fā)生超聲頻段的微觀機械振動，然后將壓電材料的振動通過共振進行放大，電機驅(qū)動足一般做橢圓軌跡的運動，最后經(jīng)摩擦耦合實現(xiàn)動子的直線運動或者旋轉(zhuǎn)運動[5,6]�；诔暡姍C的運動平臺一般適用于小負載場合，如圖1.2所示，運動平臺采用了以色列Nanomotion超聲波電機，配合光柵編碼器實現(xiàn)了納米級位置精度和重復(fù)定位精度，并且具有很高的動態(tài)性能。(a)一維直線運動平臺(b)旋轉(zhuǎn)氣浮平臺圖1.2超聲波電機轉(zhuǎn)臺本課題來源于橫向課題項目“位標(biāo)器綜合測試系統(tǒng)的研制”。二軸精密無磁轉(zhuǎn)臺用于測試位標(biāo)器的調(diào)制曲線、陀螺漂移、φ角零位、視場角、抗干擾特性等靜態(tài)參數(shù)，是對位標(biāo)器固有參數(shù)特性的測量標(biāo)定。待標(biāo)定位標(biāo)器重量為0.7kg，要求二軸轉(zhuǎn)臺具有較高的定位精度，要求方位軸和俯仰軸的定位精度為0.01′；在某型號位標(biāo)器的標(biāo)定過程中，需要與黑體光線準(zhǔn)確對接，確保轉(zhuǎn)臺的指向精度尤為重要；位標(biāo)器的測試、標(biāo)定過程不能受到外加磁場的干擾，需要對電磁型電機進行磁屏蔽處理[7]。目前針對小負載、高精度定位性、無外加磁場干擾特點的測試轉(zhuǎn)臺還不多見，結(jié)合課題“位標(biāo)器綜合測試系統(tǒng)的研制”，研制一種針對某型號位標(biāo)器的專用測試轉(zhuǎn)臺具有實際價值和重要意義。1.2課題國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國內(nèi)外轉(zhuǎn)臺正向著高精度、快速響應(yīng)、優(yōu)異定位性能方向發(fā)展，為慣性導(dǎo)航部件的標(biāo)定和測試提供了很高的標(biāo)定精度和精確的性能檢測[8]。根據(jù)轉(zhuǎn)臺的功能用途，將轉(zhuǎn)臺分為測試用轉(zhuǎn)臺、跟蹤用轉(zhuǎn)臺和隨動轉(zhuǎn)臺，每?

哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文4域的最前沿，ITATT轉(zhuǎn)臺的三軸綜合誤差低于0.1″，速率平穩(wěn)性很高，這得益于轉(zhuǎn)臺使用了先進的有源磁懸浮技術(shù)，使得轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)精度小至0.03″[11]。圖1.4AC2247型二軸運動仿真轉(zhuǎn)臺2005年，瑞士Acutronic公司成功研制AC2247型二軸運動仿真轉(zhuǎn)臺，如圖1.4所示，此轉(zhuǎn)臺為速率轉(zhuǎn)臺，用于測量幾類中等大小的慣性測量單元(IMU’s)或同時測量微電子機械系統(tǒng)(MEMS)傳感器[12]。兩個自由度均由無刷電機直接驅(qū)動，可靠性非常好。此型轉(zhuǎn)臺具有出色的瞬時速率穩(wěn)定性和精確、穩(wěn)定的定位性能，定位精度5″。2013年，Acutronic公司研制成功HD7756型5軸飛行仿真轉(zhuǎn)臺，5軸轉(zhuǎn)臺由精確的三軸導(dǎo)彈飛行模擬器和雙軸的目標(biāo)模擬器組成，這一類的轉(zhuǎn)臺是為了測試高動態(tài)的導(dǎo)彈性能[13]。導(dǎo)彈飛行模擬器內(nèi)軸具有連續(xù)的角自由度，由大扭矩?zé)o刷交流電機驅(qū)動，中軸和外軸由液壓執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動，轉(zhuǎn)動在一圈之內(nèi)；最外部的大框架為雙軸目標(biāo)模擬器的俯仰軸，內(nèi)部半環(huán)形的為方位軸，HD7756型轉(zhuǎn)臺如圖1.5所示。圖1.5HD7756五軸飛行仿真轉(zhuǎn)臺HD7756型5軸飛行仿真轉(zhuǎn)臺具體參數(shù)如表1.1所示，此系列的轉(zhuǎn)臺集中顯示了Acutronic公司在轉(zhuǎn)臺領(lǐng)域內(nèi)的雄厚實力，也是我國轉(zhuǎn)臺事業(yè)應(yīng)該向其學(xué)習(xí)的地方。
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