两轴跟瞄装置的指向误差补偿与实验验证

摘要

随着科技进步和机电一体化技术的发展，跟瞄装置在其应用领域的关键作用日益凸显，对其精度的要求也越来越高。指向精度是衡量跟瞄装置框架结构精度的重要指标之一，关系到装置的定位精度及系统的整体性能。本文以影响指向精度的主要因素为切入点，即从轴系误差的测量与辨识着手，深入研究轴系误差对指向误差的影响，旨在寻求一种简单、高效的指向误差补偿策略。
　　首先，为了明显突出轴系误差因素造成的指向误差大小，同时给实验过程带来便利，本文自行设计并研制了实验型两轴跟瞄装置，并设计了交流伺服系统以实现装置在方位及俯仰两个方向的运动控制。
　　其次，针对两轴跟瞄装置，细化了表征轴系误差的各个参数，基于四元数旋转变换方法分析轴系误差引起的瞄准轴指向矢量的变化，推导出轴系误差参数与瞄准轴实际指向矢量间的数学关系，进而建立了有明确物理意义的指向误差补偿模型。
　　再次，为辨识指向误差补偿模型中包含的误差参数，本文给出误差参数的两种辨识方法。首先，利用电子水平仪在两轴跟瞄装置上完成了轴系误差测量实验，通过以电子水平仪俯仰轴摆放矢量构建的误差参数辨识模型，辨识出四项轴系误差参数；然后，针对该方法无法辨识安装瞄准轴误差的局限性，提出基于指向误差补偿模型的轴系误差参数辨识方法：通过测量装置的实际指向角，将实际指向角误差和理论指向角补偿量进行极小化算法处理，建立了轴系误差参数辨识模型，可同时辨识出所有误差参数。
　　最后，搭建了基于两轴跟瞄装置的实验平台，提出用便携式光学CMM测量笔测量实际指向角的新方法，并完成了指向误差补偿的验证实验。实验结果表明：本文建立的指向误差补偿模型可有效降低装置的指向误差，大幅度提高了指向精度，验证了所建模型的正确性和有效性。

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第一章 绪论

1.1本文研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3本文主要工作

第二章 两轴跟瞄装置及其控制系统设计

2.1两轴跟瞄装置的机械结构介绍

2.2两轴跟瞄装置的控制系统设计

2.3本章小结

第三章 两轴跟瞄装置的指向误差分析与建模

3.1指向误差描述

3.2轴系误差表征

3.3指向误差分析与建模

3.4指向误差补偿模型建立

3.5本章小结

第四章 两轴跟瞄装置的误差参数辨识与补偿

4.1基于电子水平仪的轴系误差测量与参数辨识

4.2指向误差补偿

4.3指向误差补偿的应用

4.4本章小结

第五章 实验与分析

5.1实验平台介绍

5.2实验方案与步骤

5.3实验结果与分析

5.4本章小结

第六章 总结与展望

6.1工作总结

6.2工作展望

附录A

附录B

参考文献

致谢

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