紅外導引頭伺服回轉平臺質心偏載測量方法研究

劉 凱 趙天承 汪 濤 何鎖純

(北京航天計量測試技術研究所，北京 100076)

紅外導引頭伺服回轉平臺質心偏載測量方法研究

劉 凱 趙天承 汪 濤 何鎖純

(北京航天計量測試技術研究所，北京 100076)

研究分析了某紅外導引頭伺服回轉平臺偏心力矩產生的物理模型，根據力學原理推導出一種簡單實用的等效測量算法，大大簡化了以往復雜測量計算過程，該方法克服了以往測量方法的不足，可以推廣應用。

平臺 質心偏載 等效 算法

1 引 言

紅外導引頭工作環境復雜，經常處于高強度瞬時沖擊的狀態，其伺服回轉平臺上兩側安裝有具有探測作用的兩個裝置，二者質量不平衡力矩對伺服回轉平臺伺服性能的影響更為突出，質量不平衡力矩與環境加速度成正比關系，在高強度沖擊下對伺服回轉平臺的旋轉軸產生很大的過載力矩，進而影響伺服回轉平臺的伺服性能，導致伺服回轉平臺控制參數不匹配。

目前針對伺服回轉平臺的質心測試方法并不成熟，國內外常見的質心測量方法按原理可大致分為以下3類[1]：重力效應的原理、理論分析的原理以及力矩平衡的原理，詳見表1。

由于伺服回轉平臺結構復雜、測量精度高，重力效應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為目前的條件限制，也不適合使用；力矩平衡法最適合伺服回轉平臺質心位置測量。

表1 常見質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，引入參數多，計算復雜。因此質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及分析

伺服回轉平臺質心偏載測量過程中，靜載部分保持靜止，動載部分繞著其回轉軸轉動。相應的如果動載部分的質心不在回轉軸上，其質心會繞著回轉軸作圓周運動。

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

在回轉軸轉動過程中，動載部分的質心會在坐標系中XOY面內繪制一個以Om為圓心的圓，設AxA,yA、BxB,yB、CxC,yC為圓上任意3點。

根據平行力系合成定理[2]可知，在動載部分質心AxA,yA(或BxB,yB；CxC,yC)和靜載部分質心OMxM,yM之間必然存在一個點ExE,yE(或FxF,yF；GxG,yG)，滿足如下力矩平衡方程

(1)

式中：M——靜載部分質量；m——動載部分質量；xM,yM——靜載部分質心坐標；xA,yA——動載部分質心在A點時坐標；xE,yE——整體質心在E點時坐標。

或

(2)

式中：xB,yB——動載部分質心在B點時坐標；xF,yF——整體質心在F點時坐標。

或

(3)

式中：xC,yC——動載部分質心在C點時坐標；xG,yG——整體質心在G點時坐標。

將式(2)-式(1)，則

(4)

整理得

(5)

同理可得

(6)

根據相似三角形判定原理，可得△ABC∽△EFG，設OM+mxM+m,yM+m為△EFG圓心 。由力矩力臂相似三角形可知

(7)

綜上，測量伺服回轉平臺動載部分繞回轉軸的偏載力矩，等效于在這個過程中靜載和動載作為整體質心的偏載力矩。如圖2所示建立測量坐標系[3]，在測量坐標系內布置4個稱重傳感器。

轉動伺服回轉平臺，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，Fi2，Fi3，Fi4——分別為動載部分質心在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——動載部分質心在Di(i=1,2,3)時整體質心坐標。

(10)

根據正弦與余弦的正負極性來判斷質心偏載在回轉坐標系(以回轉軸為原點，坐標軸與測量坐標系平行)內的位置。具體見表2。

表2 質心偏載力矩在回轉坐標系位置判定

當在回轉過程中取更多點時，將會計算出更可靠準確的質心偏載力矩。

3 結束語

根據力學原理對伺服回轉平臺的質心進行受力分析及數學解析，分析總結出簡潔實用的測量方法。提高了測量速度和可靠性。該方法可以廣泛應用于類似本伺服回轉平臺的測量工作，對于質心偏載的測量及工業應用具有重要的作用。

[1] 王磊，林宇，張若嵐. 輕小型紅外成像穩定平臺質心測量方法探究[J]. 測量技術，2013，35(7):434～438.

[2] 王鐸，程靳. 理論力學 [M]. 北京:高等教育出版社，2006.

[3] 盧志輝，孫志揚，李祥云，薄悅，張磊樂.高精度質心測量方法研究[J].兵工學報，2009,30(12):1 748～1 752.

[4] 吳斌，王海峰，馬貴賢.大質量飛行器質心測量方法[J].宇航計測技術，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：飛行器瞄準定向技術。

1000-7202(2017) 04-0040-03

10.12060/j.issn.1000-7202.2017.04.09

TN216

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