红外导引头伺服回转平台质心偏载测量方法研究

刘 凯 赵天承 汪 涛 何锁纯

(北京航天计量测试技术研究所，北京 100076)

红外导引头伺服回转平台质心偏载测量方法研究

刘 凯 赵天承 汪 涛 何锁纯

(北京航天计量测试技术研究所，北京 100076)

研究分析了某红外导引头伺服回转平台偏心力矩产生的物理模型，根据力学原理推导出一种简单实用的等效测量算法，大大简化了以往复杂测量计算过程，该方法克服了以往测量方法的不足，可以推广应用。

平台 质心偏载 等效 算法

1 引 言

红外导引头工作环境复杂，经常处于高强度瞬时冲击的状态，其伺服回转平台上两侧安装有具有探测作用的两个装置，二者质量不平衡力矩对伺服回转平台伺服性能的影响更为突出，质量不平衡力矩与环境加速度成正比关系，在高强度冲击下对伺服回转平台的旋转轴产生很大的过载力矩，进而影响伺服回转平台的伺服性能，导致伺服回转平台控制参数不匹配。

目前针对伺服回转平台的质心测试方法并不成熟，国内外常见的质心测量方法按原理可大致分为以下3类[1]：重力效应的原理、理论分析的原理以及力矩平衡的原理，详见表1。

由于伺服回转平台结构复杂、测量精度高，重力效应的方法由于测量精度不高，不适合使用；基于理论分析的方法因为目前的条件限制，也不适合使用；力矩平衡法最适合伺服回转平台质心位置测量。

表1 常见质心偏载测量方法分类

对于同时兼有动载部分和静载部分的的质心偏载测量，力矩平衡法目前主要采用列力矩平衡方程的方法，引入参数多，计算复杂。因此质心测量方法研究具有十分重要的意义。

2力矩平衡等效法测量方法推导及分析

伺服回转平台质心偏载测量过程中，静载部分保持静止，动载部分绕着其回转轴转动。相应的如果动载部分的质心不在回转轴上，其质心会绕着回转轴作圆周运动。

如图1所示，建立测量原理坐标系，使X轴、Y轴平行于大地水平面，Z轴朝天，伺服回转平台测试时，回转轴与Z轴重合。设回转平台上不随回转轴转动的静载部分质心为OMxM,yM，随回转轴转动的动载部分质心为Omxm,ym。

在回转轴转动过程中，动载部分的质心会在坐标系中XOY面内绘制一个以Om为圆心的圆，设AxA,yA、BxB,yB、CxC,yC为圆上任意3点。

根据平行力系合成定理[2]可知，在动载部分质心AxA,yA(或BxB,yB；CxC,yC)和静载部分质心OMxM,yM之间必然存在一个点ExE,yE(或FxF,yF；GxG,yG)，满足如下力矩平衡方程

(1)

式中：M——静载部分质量；m——动载部分质量；xM,yM——静载部分质心坐标；xA,yA——动载部分质心在A点时坐标；xE,yE——整体质心在E点时坐标。

或

(2)

式中：xB,yB——动载部分质心在B点时坐标；xF,yF——整体质心在F点时坐标。

或

(3)

式中：xC,yC——动载部分质心在C点时坐标；xG,yG——整体质心在G点时坐标。

将式(2)-式(1)，则

(4)

整理得

(5)

同理可得

(6)

根据相似三角形判定原理，可得△ABC∽△EFG，设OM+mxM+m,yM+m为△EFG圆心 。由力矩力臂相似三角形可知

(7)

综上，测量伺服回转平台动载部分绕回转轴的偏载力矩，等效于在这个过程中静载和动载作为整体质心的偏载力矩。如图2所示建立测量坐标系[3]，在测量坐标系内布置4个称重传感器。

转动伺服回转平台，分别对X轴、Y轴建立力矩平衡方程[4]

Fi1+Fi2+Fi3+Fi4=M+m

(8)

式中：Fi1，Fi2，Fi3，Fi4——分别为动载部分质心在Di(i=1,2,3,4)时称重传感器K1,K2,K3,K4的示值，kg。

(9)

式中：Xi，Yi——动载部分质心在Di(i=1,2,3)时整体质心坐标。

(10)

根据正弦与余弦的正负极性来判断质心偏载在回转坐标系(以回转轴为原点，坐标轴与测量坐标系平行)内的位置。具体见表2。

表2 质心偏载力矩在回转坐标系位置判定

当在回转过程中取更多点时，将会计算出更可靠准确的质心偏载力矩。

3 结束语

根据力学原理对伺服回转平台的质心进行受力分析及数学解析，分析总结出简洁实用的测量方法。提高了测量速度和可靠性。该方法可以广泛应用于类似本伺服回转平台的测量工作，对于质心偏载的测量及工业应用具有重要的作用。

[1] 王磊，林宇，张若岚. 轻小型红外成像稳定平台质心测量方法探究[J]. 测量技术，2013，35(7):434～438.

[2] 王铎，程靳. 理论力学 [M]. 北京:高等教育出版社，2006.

[3] 卢志辉，孙志扬，李祥云，薄悦，张磊乐.高精度质心测量方法研究[J].兵工学报，2009,30(12):1 748～1 752.

[4] 吴斌，王海峰，马贵贤.大质量飞行器质心测量方法[J].宇航计测技术，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

刘凯(1987-)，男，硕士，工程师，主要研究方向：飞行器瞄准定向技术。

1000-7202(2017) 04-0040-03

10.12060/j.issn.1000-7202.2017.04.09

TN216

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