测试转台

2024-12-10

测试转台（通用6篇）

测试转台篇1

JGZT-1型成像测试转台是主要用于中小型电磁波、光学等设备进行扫描成像试验用的试验测试设备, 主要由转台本体、电控箱、标校器、底座支架四部分组成。

1 工作原理

激光成像测试转台由俯仰和方位两个部分组成, 用以调整俯仰和方位两个方向的位置, 伺服控制模块负责带动方位在±150°内同步转动, 俯仰在±8°内同步转动, 满足激光发射器正常工作时的扫描范围。

整个转台由标校器、控制器、驱动器、执行机构、角度编码器组成。转台的转动由一个手持操作器 (标校器) 进行操作, 由标校器向控制器发送指令, 经过处理送入驱动器, 驱动器带动执行机构, 执行机构是由一个MAXON直流无刷电机构成, 由电机编码器可以反馈电机实际转速, 这个反馈值送回驱动器中构成一个力矩闭环控制, 执行机构带动负载进行转动, 在转轴上安装有同轴角度编码器, 用以测量实际转动位置并反馈角度值到控制器, 再次构成闭环控制。

方位和俯仰是两个独立的部分, 在转动时互不影响。控制器按照接收的指令分别对俯仰和方位进行控制。

2 结构组成及特征

激光成像测试转台的结构部分主要由方位部分、俯仰部分和底座支架组成, 方位部分和俯仰部分都是由电机、传动减速机构和测角装置组成, 电机采用瑞士MAXON的直流无刷伺服电机, 传动机构采用MAXON的行星齿轮减速器和直齿轮传动, 测角装置采用海德汉的空心轴式25位绝对式编码器。控制部分由标校器和电控箱组成。

3 安装及调试

激光成像测试转台使用前进行通电检查, 检查控制功能和反馈信号是否正常。

如需要提高高度, 可加装底座支架, 转台与底座之间由6个M10的螺钉连接固定, 螺钉、弹簧垫圈、平垫圈放置在设备备件盒内。

4 使用、维护、保养

4.1 开机前准备

第一, 转台放置方向要正确, 注意产品上的“激光成像测试转台”标牌的朝向与转台方位扫描方向相反, 即当转台进行扫描测试时, 标牌朝向操作者方向, 而背离测试方向。

第二, 检查电缆是否连接好, 此设备的所有连接电缆插头都具有防插错功能。

a.标校器与电控箱之间由一根电缆相连, 此电缆与标校器由25针计算机插头相连, 与电控箱由32针航空插头相连, 接口位于电控箱面板右下方。

b.电控箱与座体之间由两根电缆相连, 由于两根电缆型号不同, 所以在连接时注意区分, 由电缆接头颜色即可分辨。接口位于电控箱面板左上方。

第三, 检查各电源应处于关闭状态。

第四, 检查俯仰位置是否超出正常范围, 如超出, 可在不通电的状态下用手将其旋转到正常范围内。

4.2 开机操作

将电控箱控制面板上的“电源开关”拨到“开”, 此时“电源指示”的灯亮, 转台供电 (此时俯仰位置自锁) , 设备进入工作状态, 检查标校器显示是否正常。

5 故障检测、分析与排除

6 安全保护措施及事故处理

使用安装时, 注意电缆插头要与插座相对应, 否则无法进行连接, 插接时要注意保护好插针, 避免操作不当使插针受损。

操作时避免刮伤外部电缆, 避免外部电缆受拉力。

7 运输

在产品的转台本体上有可拆卸的搬运扶手, 采用螺纹连接方式, 搬运时, 将扶手安装牢固, 手握搬运即可。

第一, 运输方式。产品可以公路运输、铁路运输、航空运输。运输时必须将产品水平放置在运输工具上, 必要时采取固定措施, 防止运输途中移动和损坏。

第二, 运输条件。用具有密封厢体的运输工具运输。

参考文献

[1]王副瑞.单片微机测控系统设计大全[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2007.

[2]谭浩强.C程序设计[M].北京:清华大学出版社, 2007.

[3]蓝信钜.激光技术[M].北京:科学出版社, 2008.

测试转台篇2

转台精度对车灯配光检测的影响

研究了转台精度对汽车车灯配光检测的影响.首先分析转台式车灯配光测试系统误差,建立误差传递函数,接着计算测试点的`定位误差,最后修正测试点的角度后,测试车灯照度.结果表明,修正定位误差后,车灯照度精度最少可提高20%.转台角度精度是影响车灯配光检测精度的重要因素,定位修正可以提高测试精度.

作者：凌铭刘义生齐迹李轶男 LING Ming LIU Yi-sheng QI Ji LI Yi-nan 作者单位：国家汽车零部件产品质量监督检验中心,吉林,长春,130012刊名：汽车电器英文刊名：AUTO ELECTRIC PARTS年，卷(期)：“”(3)分类号：U463.650.7关键词：配光检测转台系统定位误差照度

四大主题玩转台湾夏日游篇3

环岛风光游

台湾虽然只是一个小小的岛屿，但这片素有“宝岛”之称的土地却孕育着令人应接不暇的纷繁风情。从台北敦化南路优雅的散步道到台东苏花公路的太平洋美景，从有“小马尔代夫”之尘的垦丁到充满柔美自然韵致的花莲……台湾的美，散落在岛上每一个不同的侧面。对于时间较为充裕的游客来说，花上10天左右的时间，环岛全面感受台湾的人文风光与自然美景绝对是初夏别具风情的丰富体验。

旅行时间：8～10天

旅行路线：台北—花莲—台东—垦丁—高雄—嘉义（阿里山）—南投（日月潭）—台北

Day1：台北—中正纪念堂（换班仪式及自由广场文艺演出）—故宫博物馆（内藏24万余件文物）—士林夜市（几乎涵盖所有台湾小吃）—台北101大楼（信义商圈地标，俯瞰台北夜景）

Day2：花莲—太鲁阁国家公园（台湾的“国家公园”，特色为峡谷和断崖）—七星潭（花莲近郊最佳的观光踏浪海滨）

Day3：台东—卑南文化公园（东南亚地区最大的墓葬群遗址）—知本温泉（台东第一景之称的温泉疗养区，晚间亦有露天观星浴池）

Day4：屏东垦丁—垦丁大街（各式各样的商店、各式趣味游戏及临时彩绘紋身）—垦丁海水浴场（台湾数一数二的海水浴场，适合游泳、拾贝、弄潮）—南湾（垦丁国家公园最宽阔的沙滩，垦丁水上新潮活动的大本营）

Day5：高雄—真爱码头（爱河出口处，有“真爱轮”与“光荣轮”常态性固定观光航线）—西子湾（以夕阳美景及天然礁石闻名的海湾）—六合夜市

Day6嘉义—阿里山（高山长青、涧水长蓝，森林与高山铁路组成的“台湾之肺”）—姐妹潭（相思亭及环潭步道）—三代木（树中的三代同堂，阿里山的森林奇观）

Day7：嘉义—南投—日月潭（台湾唯一且最富盛名的天然湖泊，环湖观光可远观邵族之祖灵地拉噜岛，登上玄光寺可远观旧蒋公行馆涵碧楼、文武庙、慈恩塔）

Day8：南投—台北（若时间充裕可前往西门町购物后返回）

影视文艺游

近年来，《一页台北》、《不能说的秘密》、《那些年，我们一起追的女孩》等一系列优秀的台湾电影在大陆引起了不小的关注，而这些影视作品中许多令人印象深刻的特色取景地也成为了许多年轻人向往的旅行目的地。热爱台湾影视作品的文艺范们不妨抽出8～9天的假期，化身成为电影中的主角，循着镜头游台湾，演绎一段属于自己的特色假期。

旅行时间：8～9天

旅行路线：台北—新北—台中—南投—高雄—垦丁—高雄/台北

Day1：《艋舺》：剥皮寮老街-龙山寺 -西门町 -敦南诚品-台北101

Day 2：《不能说的秘密》：红毛城- 真理大学- 淡江中学- 八里左岸- 淡水老街- 渔人码头

Day 3：《那些年，我们一起追的女孩》：侯硐猫村 -十分瀑布 -菁桐车站-平溪天灯

Day 4：《阵头》：台中科博馆 -东海大学 -都会公园 -九天玄女宫 -东海夜市 -逢甲夜市

Day 5：《花样少男少女》：宝岛时代村- 日月潭 -清境农场-清境

Day 6：《爱在日月潭》：孔雀园- 梅子酒庄- 塔塔加 -鹿林神木 -阿里山游园 -姐妹潭 -神木区

Day 7：《痞子英雄》：高雄真爱码头-南区分局 -爱河 -美丽岛站 -瑞丰夜市

Day8：《海角七号》：恒春西门 -恒春老街 -阿嘉的家 -茂伯的家 -猫鼻头 -万里桐 -白沙湾 -垦丁大街

美食吃货游

台湾的各色美食小吃可谓是名闻遐迩，有人说，如果到台湾没吃饱台湾美食就等同于没有去过台湾。从传统的美食小吃，到特色的创意美食，从街头小店到各色夜市……台湾全省319个乡镇，各地皆有你报得出名字或报不出名字的可口美味。吃，也是了解台湾的一种方式。对于爱好美食的专业“吃货们”来说，准备好一个大大的胃，在赴台旅行的途中填满各式各样的美食料理，也是充满幸福感的一大享受。

旅行时间：5～6天

旅行路线：台北—新北—台中—台南—高雄

Day1：剥皮寮老街—龙山寺—西门町（老天禄卤味、杨桃冰、阿宗面线）—台北101—饶河夜市（古早豆花、蚵仔面线、福州胡椒饼、牛肉面、药炖排骨、麻辣臭豆腐、麻辣鸭血、杨桃汁、蟹壳黄、生炒蟹脚、芒果草莓奇异果冰、焗烤马铃薯、一口煎饺）

Day2：红毛城—八里左岸—淡水老街（阿给、鱼丸、烤鸟蛋、鱼酥、虾酥、虾卷、臭豆腐）—渔人码头—士林夜市（士林大香肠蚵仔面线、河粉煎天妇罗、清蒸油炸肉丸、珍珠奶茶、广东粥、豪大大鸡排、韩国泡菜锅）

Day3：黄金瀑布—九份老街（芋圆、草仔粿、黑糖麻糬、豆腐乳）—基隆庙口小吃（奶油螃蟹、鼎边趖、泡泡冰、排骨羹、八宝冬粉）

Day4：一中商圈—东海大学—都会公园—逢甲夜市（炸鸡排、章鱼小丸子、逢甲四合一、蜂蜜柠檬芦荟、可丽饼、胡椒饼、仙人掌冰）

Day5：赤崁楼—武庙—德记洋行—安平树屋—开台天后宫—花园夜市（腌芭乐、炭烤鸡排、鱼蛋、冬瓜茶、爆酱猪排、邋撒面）

nlc202309010251

Day6：中山大学—西子湾—旗津—爱河—六合夜市（棺材板、盐蒸虾、木瓜牛奶、筒仔米糕、海鲜粥、过鱼汤、十全药炖排骨、土魠鱼羹）

血拼购物游

赴台旅游除了赏风光、品美食，购物血拼也是不可避免的行程。台湾便宜的化妆品、流行名牌运动服饰、时尚配件饰品以及特色文创艺品种类丰富，许多进口商品的价格比大陆要优惠的多。此外，无论是商场、百货公司还是小铺，这里的导购服务都非常周到耐心。对于爱血拼的女孩子来说，在游台湾的同时也少不了好好过把“购物瘾”。

旅行时间：4～5天

旅行路线：台北—台中—高雄—垦丁—高雄/台北

Day1：台北101及信义商圈（各式服装品牌及化妆品）—信义诚品（书籍及文创产品）—逛西门町（流行服饰用品）—师大夜市

Day2：中正纪念堂—台北故宫— 北投图书馆— 士林夜市（美食及百货小商品）

Day3：术馆园道（艺术特色商户）— 一中商圈（各式品牌）—都会公园—东海夜市—逢甲夜市（美食及百货小商品）

Day4：真爱码头—爱河—城市光廊（文创产品）—六合夜市（美食及百货小商品）—新崛江（南部“西门町”，平价流行服饰用品）

Day5：恒春古城巡礼—南湾戏水—后壁湖浮浅—关山日落—垦丁大街（各式商户及热带纪念品）

赴台小贴士：

入台旅行证件：目前大陆居民赴台“个人游”试点城市居民赴台自由行须持双证：《通行证》及《入台证》。其中，《通行证》可到户籍所在地公安局办理，《入台证》则需由具有资质的旅行社统一向台湾移民署申请办理。

住宿预定：在台湾，住民宿是最常见也是大家耳熟能详的旅游产品。赴台自由行的游客可在前往台湾前按自己的行程计划通过网络预订民宿。这样不仅能省时省力地解决住宿问题，也能在旅行途中感受不同形式的台湾民风，找到家的感觉。对于旅行者而言，可谓是既经济又有趣。需要注意的是，台湾电压为110伏特，插座为扁头二脚式，部份旅馆有220伏特的设备，但游客最好随身自备转换插头及转压器备用。

购物退税：目前，人民币对台币的参考汇率约为：1人民币（CNY）=4.92台币（TWD）。台湾的货品税与营收税已包含在定价中，不另加收。部分大型百货商店、品牌专卖店提供5%退税。要求同一天同家商店内购买满新台币3000元以上，持有效证件，正确填写退税单，保留收银条或发票以及未使用的退税物品，在离境日于机场退税柜台办理退税手续。

测试转台篇4

雷达天线阵面在使用前, 将其架设在测试转台上, 在微波暗室或外场使用固定模拟目标对其进行电气标校。在测试中, 由于测试转台及被测天线阵面结构的限制, 多数情况下, 架设完成后天线阵面的电气中心会偏离测试转台的回转中心, 且天线阵面自身的坐标系方向与转台的坐标系方向也不重合。在测试转台转动时, 模拟目标相对天线阵面的测量坐标, 并不等同于其相对转台的伺服坐标。因此在标校中, 模拟目标相对阵面的测角, 并不等同于转台的伺服转动角度, 而存在一个测角误差。当模拟目标相对天线阵面的测量距离越近时, 天线阵面与转台间偏心所造成的测角误差也就越大。在微波暗室等狭小空间内, 其造成的测角误差可达0.5°以上, 在精度要求较高的场合, 该误差对标校精度影响较大。为消除该误差, 目前多采用三角函数变换等方法逐步推导出误差公式, 过程较为繁琐, 扩展性不强[1,2]。本文使用齐次坐标变换理论建立转台伺服转角与实际测量角度之间的数学关系模型, 可计算出测试转台处在任意伺服角度时的测角误差, 提高天线的标校精度。该数学模型可扩展到更多维度的测试转台中, 具有一定的通用性[3]。

1 测试系统组成及误差来源

1.1 二维测试转台系统组成

本文使用二维测试转台搭载天线阵面。二维测试转台系统主要由基座、方位转盘、俯仰推杆、俯仰框架和天线阵面等组成, 如图1所示。测试转台转角由同轴安装在各轴系上的16位角度编码器读出。转台的俯仰和方位轴系均偏离天线阵面中心一段距离, 且天线阵面的坐标系方向也与转台的伺服坐标系不平行。因而当转台二维转动时, 被测模拟目标相对天线阵面的方位、俯仰角并不等同于转台的伺服转角, 需计算后获得。

1.2 测量误差来源

为方便分析, 建立一个一维模型来估算转台偏心对测角误差的影响大小。如图2所示, 假设天线阵面回转中心为O点, 被测物体在A点, 在初始位置时, A点处在天线阵面中心指向的延长线上。天线座方位转动θ1后, A点相对阵面实际的方位角为θ2。阵面电气中心相对转台回转中心的距离为r, 被测点A相对转台距离为L, θ2=θ1+θ3。测角误差:

在暗室实际测量中, r约为1 m, L约为40 m, 天线的测角范围约为±15°, 可估算获得最大测角偏差约。如转台的方位和俯仰轴偏心误差均计入考虑, 则A点相对天线阵面的指向角测量偏差约为±0.5°。

2 齐次坐标变换

齐次坐标变换是将一个原本n维的向量用一个n+1维向量来表示, 它提供了用矩阵运算把二维、三维甚至更高维空间中的一个点集从一个坐标系变换到另一个坐标系的有效方法[4,5]。在研究物体的空间位姿时, 物体的运动主要是空间旋转、平移等, 使用齐次坐标变换方法处理比较简单和方便。

设原坐标系OXYZ中有一P点, P点在OXYZ坐标系下的坐标为 (x0, y0, z0) 。原坐标系经平移和旋转后变为新坐标O1X1Y1Z1, 新坐标原点相对原坐标系的位移分别是 (a, b, c) , 新坐标系x、y、z各轴绕原坐标系的旋转角度分别为α、β、γ。原坐标系下的P点也跟着新坐标到了新的位置P1点, 为了求得P1在原OXYZ坐标系的坐标, 可用齐次坐标变换矩阵列出坐标转换关系, 下面分步介绍齐次坐标变换的表达式。

2.1 平移变换

坐标系的平移变换如图3所示, 原坐标系OXYZ平移到新坐标系O'X'Y'Z', 原坐标系中有一P (x, y, z) 点, P点随新坐标系平移到P'点, 新坐标原点相对原坐标系原点的位移量为 (a, b, c) , 则P'在原坐标系下的坐标 (x', y', z') 的齐次转换矩阵可以用下面的4×4矩阵Trans (a, b, c) 来表示:

为书写方便, 把相对原坐标系平移 (a, b, c) 的平移坐标变换矩阵写成式 (1) 的形式Trans (a, b, c) 。

2.2 旋转变换

坐标系的旋转变换如图4所示, 原坐标系OXYZ绕X轴旋转角度α到新坐标系O'X'Y'Z', 原坐标系中有一P (x, y, z) 点, P点随新坐标系转动到P'点, 则P在原坐标系下的坐标 (x', y', z') 的齐次转换矩阵可以用下面的4×4矩阵Rot (x, α) 表示:

同样, 为了书写方便, 把相对原坐标系v轴 (v=x, y, z) 旋转α角的旋转坐标变换矩阵写成式 (2) 形式Rot (v, α) 。

2.3 平移旋转变换

平移和旋转变换合并的过程如图5所示。设原坐标系OXYZ中有一P点, P点在OXYZ坐标系下的坐标为 (x0, y0, z0) 。原坐标系经过平移 (a, b, c) 和分别绕原坐标系x、y、z各轴旋转α、β、γ后变为新坐标O1X1Y1Z1。原坐标系下的P点也跟着新坐标到了新的位置P1点, P1在原OXYZ坐标系的坐标可以用式 (3) 表达。

需要注意的是:式 (3) 中的旋转和平移表达式的顺序不可随便互换。式 (3) 所示的坐标系变换过程是先相对原坐标系平移, 再相对平移后的坐标系旋转。坐标系每增加一次变换, 就相应在坐标变换表达式的左侧增加相应的齐次表达式。

3 天线与转台的坐标变换关系

3.1 转台测试系统坐标变换模型

在不考虑机械加工安装偏差的情况下, 使用齐次坐标变换矩阵求出天线阵面坐标系和基座之间的相对关系, 推导出坐标变换理论公式。转台坐标系分布如图6所示, 平台共有3个相对运动的部件, 即基座、方位轴和俯仰框架。为方便建模, 在这3个作相对运动的部件上分别建立直角坐标系O0XYZ、O1XYZ、O2XYZ[6]。当方位和俯仰角为零时, 即转台处在初始位置时, 3个坐标系的各个方向平行, 坐标系O0XYZ、O1XYZ重合, 俯仰框架坐标系原点相对方位轴有偏移。天线的阵面固定在俯仰框架上, 在阵面中心建立阵面坐标系O3XYZ。由于电气测试要求, 阵面的坐标系定义与其它部件坐标系定义不同, 绕z轴顺时针转动了90°。

各坐标系的原点位置通过3D模型可以计算出来, 为求得O1XYZ与O3XYZ之间的坐标变换关系, 列出齐次坐标变换式 (4) :

式 (4) 中, Trans (a1, b1, c1) 和Trans (a2, b2, c2) 分别为O2XYZ原点相对O1XYZ的位置、O3XYZ原点相对O2XYZ的位置。模型实测结果为 (0, 545, 400) 和 (0, 1073, 820) , r=-90°。Rot (y, fw) 和Rot (x, fy) 分别为转台的方位转动角θfw和俯仰转动角θfy, Rot (z, r) 为天线安装时坐标系相对基坐标系的偏转角r。

矩阵A为O0XYZ到O3XYZ的坐标变换关系式。通过该变换矩阵, 可计算获得当转台处于初始位置时 (θfw=0, θfy=0) , 阵面坐标系下的一点M (x0, y0, z0) 在基坐标系O0XYZ下的坐标 (x1, y1, z1) 。

当转台转动 (θfw, θfy) 角度后, 为求得此时M点在O3XYZ (阵面坐标系) 下的坐标 (x2, y2, z2) , 需对矩阵A逆变换。

3.2 测量结果分析

二维转台测试系统在暗室内安装完成后, 使用全站仪对模拟目标相对转台的初始位置进行测量。由于较难直接测得模拟目标M点相对基座标系的坐标 (x1, y1, z1) , 可间接测量转台处于初始位置时M点相对阵面的坐标 (x0, y0, z0) , 再经式 (5) 计算。使用全站仪测得初始位置时 (θfw=0, θfy=0) , 模拟目标M点坐标 (x0, y0, z0) 为 (1.0632, 1.4762, 35.3613) (单位:m) 。计算后 (x1, y1, z1) 值为 (1.4762, 0.5548, 36.5813) 。

将数值代入式 (6) , 可计算获得转台处于任意角度时模拟目标相对天线坐标系的坐标。根据该坐标, 可算得目标相对阵面的方位角:θfw=arctg (x0/z0) 和目标相对阵面的俯仰角:θfy=arctg (y0/z0) , 如图7所示。

为检验偏心误差补偿的效果, 使用Matlab软件编写程序对式 (6) 进行模拟计算。设转台方位角、俯仰角转动范围为 (-15°~15°) , 以1°为间隔, 分别计算转台处于不同位置时, 转台存在和不存在偏心误差目标相对阵面的方位和俯仰角, 两个结果相减后即可看出偏心误差补偿的效果。

由图8可看出, 在暗室的狭小空间内, 如不考虑测试转台相对被测天线阵面的偏心量, 对天线的校准和测量影响较大, 误差量级在±0.5°, 这个误差不可忽略。使用式 (6) , 详细计算转台在各位置时目标相对阵面的空间坐标, 便可有效消除该误差。

4 结语

二维测试转台在天线阵面标校中的应用较多, 对测量精度要求较高时, 不可忽略结构上的偏心误差。本文使用齐次坐标变换理论建立了转台伺服坐标系与天线坐标系之间的坐标变换方程, 通过该方程可准确求得转台处于任意位置时被测目标相对阵面的转角, 大大提高了天线标校精度。该方程可通过附加变换矩阵的方法, 将该方法扩展应用于更复杂的情形, 具有良好的适用性。

参考文献

[1]张军, 刘衍, 赵迎超.天线与转台之间的坐标关系[J].火控雷达技术, 2007 (1) :30-32.

[2]吴凤高.天线座结构设计[M].西安:西北电讯工程学院出版社, 1986:58-66.

[3]汤辉, 吴影生.双电机驱动精密二维测试转台伺服系统设计与实现[J].电子机械工程, 2009, 25 (5) :38-40.

[4]陈宝刚, 费业泰.齐次坐标变换的测量机误差修正模型[J].黑龙江科技学院学报, 2010, 20 (2) :142-145.

[5]赵英剑, 张国雄.坐标测量机非刚体误差补偿模型中附加函数的研究[J].组合机床与自动化加工技术, 1999 (6) :28-32.

测试转台篇5

随着武器装备的信息化发展,惯性导航系统在装甲战车上得到广泛应用。但长时间在野战条件下运行,惯性测量器件容易受到路面颠簸、震动等因素的影响,直接造成车辆导航定位的失准。因此,对车载惯性导航系统的测试显得尤为重要。测试转台是惯性导航系统检测的主要测试设备[1,2]。以往的通用测试转台为了突出其通用性,往往结构复杂,造价也较高。但对于基层装甲部队来说,他们需要一种结构简单、性能可靠、运输方便、操作简单的专门用于车载惯导测试的单轴转台。本文针对基层装甲部队对车载惯性导航系统测试的需要,结合车载惯性导航系统的测试特点,设计开发了基于伺服电机直接驱动的单轴测试转台。

1 单轴测试转台的原理

单轴测试转台是机电一体化产品,其本质是一个高精度控制系统。它的工作原理如图1所示。工控计算机的指令信号和编码器的反馈信号,经运动控制器的控制运算,生成控制信号,控制信号通过电机控制转台台面转动;同时,角位置传感器将转台台面的运动量转化为电信号,反馈给运动控制器,从而形成闭环控制系统,对台面的运动进行精确控制。

2 总体设计

为了适应基层装甲部队的实际情况,单轴测试转台不仅要达到相应的技术性能要求,还要使它的结构简单、性能可靠、操作简便、运输方便。测试转台采用立式结构,它比卧式结构的负载能力更强,可靠性更高。同时,采用交流直驱伺服电机,这样不仅可以消除采用减速器所产生的回隙误差[3],而且使转台的结构更简单。采用大直径径向轴承,它可以减小主轴所受力矩,提高转台的负载能力和稳定性[4]。单轴测试转台的总体设计如图2所示。

3 硬件设计

对于采用交流伺服电机直接驱动的单轴测试转台,其本质是一个电动位置或速度闭环控制系统。本设计的硬件系统主要由计算机控制系统、主轴驱动系统和测量系统组成[5,6],其功能是构成闭环控制系统,对转台台面的运动进行精确控制。硬件结构如图3所示。

3.1 计算机控制系统

计算机控制系统主要由工控计算机和运动控制器组成。工控计算机主要功能是对转台运行状态进行监控,防止安全事故的发生;对转台运行中产生的数据进行处理和管理,以便对转台的运行进行分析;对接口驱动程序和参数进行管理,以方便为不同被测惯导器件选择合适的接口驱动程序和合适的参数。本测试转台采用研华ARK-7480型工控机,该型工控机数据处理能力强,可靠性高,接口丰富。

运动控制器是闭环伺服控制系统的核心,它按照伺服控制程序,实现基于工控计算机指令信号和角位置传感器反馈信号的角位置控制和角速度控制。采用PCI1020型运动控制卡,它通过PCI接口与工控计算机连接,具有运行速率快、兼容性好、稳定可靠的优点,并且具有接收伺服电机的各种信号和实时监控的功能[7]。

3.2 主轴驱动系统

主轴驱动系统主要由伺服电机和电机驱动器组成。本设计采用交流直驱伺服电机,它不仅能在低转速下输出大转矩,而且比直流直驱伺服电机可靠性更高。根据本转台所需伺服电机要满足最大力矩为16 N·m,最大转速为0.25 r/s的要求,采用DYNASERV DM1A-050型交流伺服电机。

电机驱动器是实现控制系统的信号控制转变为功率驱动的设备。采用与伺服电机配套的UD1AG3-50型伺服驱动器。该型驱动器封装了电流环和速度环,提高了系统刚度,从而抑制了扰动。

3.3 测量系统

测量系统主要包括角位置传感器和导电滑环。角位置传感器的功能是将检测得到的转台位置和速度信号,转化为相应的电信号。本设计采用的角位置传感器是伺服电机自带的21位光电编码器,其体积小、结构简单,能将测得的角位移转换为数字信号输出,实现对角位移和角速率的测量。

导电滑环是实现两个相对转动机构的信号和电流传送的精密输电装置[8]。本设计采用JZ36系列精密导电滑环,它具有42线传输能力,且电磁兼容性好、摩擦力矩小、使用寿命长。

4 软件设计

应用Visual C++6.0可视化应用程序开发工具,软件系统分为工控计算机管理监控软件和运动控制卡伺服控制软件。工控计算机管理监控软件主要进行人机交互、数据管理、驱动程序和参数选择及状态监控;运动控制卡伺服控制软件主要功能是按照设定的控制算法,对转台进行伺服控制。

4.1 工控计算机软件

工控计算机软件采用模块化的设计原则,根据对功能的分析,将工控计算机管理监控软件划分为人机交互、数据管理、程序和参数选择和数据库管理4个模块,如图4所示[9]。

人机交互模块为用户提供输入/输出界面和相关提示,显示转台的运行数据和运行状态。数据管理模块对转台运行过程中产生的数据进行采集、处理和输出,以便对转台的运行进行分析。程序管理模块针对不同的被测负载,为接口电路选择相应的驱动程序和适当的参数。数据库管理模块提供给用户一个良好的数据库接口,使用户可以对数据库内的软件参数和运行结果进行添加、删除和查询。

4.2 运动控制卡伺服控制软件

运动控制卡伺服控制软件在保证转台安全和稳定的前提下,进行角位置控制或角速度控制。伺服控制软件流程如图5所示。

4.3 积分分离PI算法

本单轴测试转台主要进行角位置控制和角速率控制。在进行角位置或角速率控制时,需要将台面在较短时间内、较小超调量下,达到相应的控制效果。在控制过程中,其干扰主要是摩擦力矩。由于台面的运行方式较简单,干扰单一,所以采用积分分离的PI控制。

在转台运行的开始阶段,角位移(或角速率)与设定值偏差较大,采用P控制,且比例系数较大,驱动电机以较大的功率带动转台台面,使台面短时间内达到所需的角速率;当角位移(或角速率)与设定值偏差达到某规定值时,采用PI控制算法,对被控量进行精确控制。采用积分分离的PI控制算法,既可以使台面在短时间内获得较大的角位移或角速率, 又能消除静差, 提高控制精度,还避免了采用普通的PI控制算法可能导致的积分过饱和与超调[10]。

5 运行结果

经实际运行,本单轴测试转台负载能力60 kg,速率范围为5～90 (°)/s,最大加速度为100 (°)/s2,角位置精度为0.01°,速率精度为0.01 (°)/s2。图6为45°位置阶跃响应及误差, 响应时间小于0.65 s,在误差允许的范围内,基本实现了无静差调节。

6 结语

基于车载惯性导航系统检测的需求以及基层装甲部队的实际情况,设计开发了通用车载惯性导航系统单轴测试转台。该单轴测试转台不仅达到了相关的精度要求,而且结构简单、使用简便、可靠性高、造价低廉、运输和安装方便,适合基层装甲部队使用。

参考文献

[1]梅硕基.惯性仪器测试与数据分析[M].西安:西北工业大学出版社,1991.

[2]登哈德.惯性元件试验[M].北京:国防工业出版社,1978.

[3]龚振邦,陈守春.伺服机械传动机构[M].北京:国防工业出版社,1980.

[4]姜复兴,庞志成.惯导测试设备原理与设计[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2008.

[5]王天苗,丑武胜.机电控制基础理论及应用[M].北京:清华大学出版社,2003.

[6]徐瑞琴.一种外场型陀螺测试转台的设计与工程实现[J].测控技术,2003,22(12):10-12.

[7]北京阿尔泰科技发展有限公司.阿尔泰产品型录[M].北京:北京阿尔泰科技发展有限公司,2009.

[8]张岩峰.双轴速率转台[D].长春:长春理工大学,2008.

[9]陈康.转台系统通用软件的研究[D].西安:西北工业大学,2004.

测试转台篇6

关键词：ADIS16355,三轴惯性测试转台,陀螺仪,惯性传感器

1 引言

近年来,集成惯性传感器在导航与控制、平台稳定、运动控制、图像稳定、机器人等领域应用越来越广泛[1]。以Analog Devices,Inc.,(ADI公司)三轴集成惯性传感器ADIS16355为研究对象,它主要应用在单一惯性导航系统和多传感器组合导航系统中,如GPS+ADIS16355组合导航系统、GPS+ADIS16355+磁强计组合导航系统、ADIS16355+视觉组合导航系统等[2,3,4,5,6]。为了保证上述给定应用的适应性及满足应用的精度要求,需要对传感器进行性能参数试验,以进行标度及参数误差补偿。

本文重点介绍了集成惯性传感器ADIS16355陀螺仪模型,以及固定零偏、标度因数及长期稳定性三个重要参数。以SGT320E型三轴多功能转台为测试平台,用STM32单片机读取传感器数据,详细介绍了ADIS16355惯性传感器的固定零偏、标度因数及长期稳定性的实验步骤及实验结果分析。

2 集成惯性传感器ADIS16355简介

ADIS16355是ADI公司推出的具有一个由三轴陀螺和三轴加速度计组成的高性能、微惯性测量系统。它的结构框图如图1所示[7],传感器内部完成了信号的采集、校准与滤波处理,具有自检功能,还有1路ADC输入、1路DAC输出和2路数字I/O。SPI接口能够输出3个角速率信号、3个线加速度计信号、3个温度传感器信号和电源电压信号。

陀螺仪的测量范围可配置为±75°/s、±150°/s、±300°/s,加速度计的测量范围为±10g,输出零偏稳定性为0.015°/s,角度随机游走为4.2°/s。

ADIS16355的数据可通过SPI接口读取,SPI主器件包括四个信号(如图2所示):(CS)为器件选择;(SCLK)为串行时钟;(DIN)为数据输入;(DOUT)为数据输出。一个完整的数据帧包含有16个时钟周期。根据ADIS16355读取数据时序,读取每个寄存器的内容分为两步,即2个16位的时序:第1个16位时序向ADIS16355写入读取命令和寄存器地址;第2个16位时序将对应寄存器内容发送至DOUT数据线上。例如:如果第一个16位的时序为DIN=0x0500,则第二个时序时,XGYRO_OUT(X轴角速度值)将被发送到DOUT数据线上。

上述X、Y、Z轴陀螺数据和X、Y、Z轴加速度数据的数据格式均为14位二进制数,需要对传感器输出的数据进行格式转换。下式可用来将输出数据转换成浮点

(1)式中,DATA_OUTi为原始输出数据,OUTi为转换后浮点形式的姿态数据,Scale为最小单位,n为数据位数。

3 ADIS16355三轴转台性能参数测试实验

3.1 陀螺仪的理论模型

在静态条件下,假定考虑地球速率分量存在,陀螺仪的输出(ω0)可以表示为:

式(2)中:Bf是g无关零偏;Bgx,Bgy,Bgz是由分别作用在传感器x,y和z轴上的加速度ax,ay,az引起的g相关零偏。对于常规速率积分陀螺仪,这些轴对应于陀螺仪的自转轴、输入轴和输出轴。

如果将陀螺的x轴置于与重力矢量一致且指向为向上和向下,则得到相应的测量结果m1和

m2可以表示如下:

系数Bf和Bgx可以从这两次测量结果的和与差中计算得到。同样,g相关零偏系数可以通过将y和z与重力矢量对准进行测量来确定。

3.2 SGT320E型三轴多功能转台概述

SGT320E型三轴多功能转台由机械台体、电控系统及相互间的连接电缆组成。转台台体结构采用U-O-O结构,三轴均连续无限旋转;转台电控系统采用工业控制计算机为核心,DSP为轴角位置运算控制单元的多机系统,具有实时性强,控制方式灵活等诸多优点。转台本机控制方式时,具有速率模式、位置模式以及正弦摆动模式;转台的仿真方式为RS-422高速串口仿真[8]。

电控系统是SGT320E型三轴多功能转台系统中实现运动控制功能并最终达到技术性能指标的重要组成部分,按照功能可将其分为三大部分,分别是计算机控制单元、信号配置单元和配电控制单元。系统核心为控制计算机及DSP轴运动控制器构成的多机系统,此系统能够为实现各项运动控制性能提供保证[8]。

传感器ADIS16355的性能分析系统以SGT320E型三轴多功能转台为平台,将集成惯性传感器ADIS16355安装在转台内框的水平板上,通过STM32单片机读取传感器的数据,再将采集到的数据通过串行RS-232转USB接口输出到PC机,硬件连接图如图3所示。

3.3 试验及数据分析

SGT320E型三轴多功能转台,用于模拟给定载体的三个轴向的姿态角,可进行位置、速率和摇摆实验。这里通过试验测试集成惯性传感器ADIS16355的固定零偏、标度因数和长期稳定性。

3.3.1 固定零偏测试

固定零偏又称与加速度g无关的零偏,是指在没有输入转动的情况下传感器的输出[8]。将ADIS16355装在转台内框中心位置,保持转台在零位10min,采集X、Y、Z三轴的陀螺仪数据进行分析,图4为传感器静态采样数据,(a)为Z轴朝天、Y轴朝西、X轴朝北的信号输出,三次测试平均值为-0.42097°/s;(b)为Z轴朝地、Y轴朝西、X朝南的信号输出,三次测试平均值为-0.6623°/s。同理,可测得X轴0°和180°两个位置静态漂移分别为-1.75867°/s、-1.89063°/s;Y轴0°和180°两个位置静态漂移分别为0.2375°/s、0.126633°/s。

3.3.2 标度因数测试

标度因数是指传感器输出信号和其对应的转台旋转速率之间的相互关系,即关系曲线的拟合曲线相对水平线的角度[9]。使用转台速率方式令外框分别运行在以200/s为倍数的速率,以达到最大速率为止(即20°/s,40°/s,60°/s…180°/s,200°/s)。每个速率又有正、负两个转动方向,合计25个角速率。将Z轴指向地,以10°/s2为加速度逐次运行25个上角速率,每个速率运行3min,数据取速率稳定后的90s平均值,采样数据如图5所示。

从图5可以得到Z轴陀螺的标度因数为1.0006,标度因数非线性为6.6631×10-6。同理可得,X轴和Y轴的标度因数分别为0.9998、0.9969,标度因数非线性分别为4.020×10-6、3.5046×10-6。3.3.3

3.3.3 长期稳定性测试

长期稳定性测试是指在一个固定位置长时间测试加速度计的输出信号变化情况。测试时间可能是几小时、几周或甚至更长[9]。在此分别对Z轴0°和180°两个位置进行5小时试验,结果表示ADIS16355受温度和噪声的影响较大,需要进一步进行温度补偿和滤波处理。

3.4 数据处理及分析

应用公式(3)分别对X轴、Y轴、Z轴0°和180°两个位置陀螺仪测量值进行静态测试分析,可以得到10min后X轴、Y轴、Z轴静态漂移Bf,Bgx,Bgy,Bgz值,当地重力加速度g为9.7883m/s2,如表1所示。

从表1数据可以知道,Z轴和Y轴的静态漂移特性较好,X轴的静态漂移特性相对较差,但都在0.0150/s静态漂移范围内。

此外,还测试了XYZ轴陀螺仪的标度因数特性,数据处理时运用了数据拟合方法[10],如表2所示。

从表2可得到实际标度因数误差在三位小数点以外,精度较高。X轴、Y轴和Z轴相应标度因数非线性也较小,传感器的线性度较好。

4 结论

通过结合模型对实验结果进行分析,可以得出下面几点结论:

(1)与g无关零偏Bf均在4.20/s范围内;分别作用在传感器x,y和z轴上的加速度ax,ay,az引起的g相关零偏Bgx,Bgy,Bgz均在0.0150/s范围内,固定零偏符合数据手册基本指标要求;

(2)从标度因数特性表2中可以得到,测试试验测得的实际标度因数非常接近标准的标度因数1,误差在0.001范围以内,标度因数非线性较好。