CN112504527B - 一种基于力平衡的小型稳定平台摩擦力矩测试方法 - Google Patents

一种基于力平衡的小型稳定平台摩擦力矩测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于力平衡的小型稳定平台摩擦力矩测试方法，通过稳定平台框架上增加由电机、编码器、减速箱、力矩传感器组成的控制装置提供准确匀速的角度旋转，力矩传感器通过联轴器连接平台框架与减速箱，带动框架匀速旋转，通过力矩传感器传递的力矩与稳定平台框架摩擦力矩保持力矩平衡。通过采集编码器、力矩传感器、角度传感器信息，得到不同速度、不同位置下的摩擦力矩，以此评价光机装调的一致性，并在稳定控制算法中补偿，增强光电稳定平台的抗扰能力，提高光轴指向的准确性。

Description

一种基于力平衡的小型稳定平台摩擦力矩测试方法
技术领域
本发明涉及一种基于力平衡的小型稳定平台摩擦力矩测试方法，属于光电探测技术领域。
背景技术
机载光电稳定平台主要任务是隔离载体基座扰动，保证光轴在惯性空间中的稳定指向。然而，载体基座的角速度和角加速度会通过框架轴坐标系之间的相对关系，由轴系间的几何约束和摩擦约束耦合到光轴上。对于摩擦力矩与转动惯量之比大于20rad/s2的小型光电稳定平台，摩擦力矩相对平台惯量将会急剧增加，摩擦约束耦合尤为明显，对平台的稳定精度影响至关重要。因此，必须有效地测量和描述稳定平台万向框架的摩擦力矩，为光机装调方法和稳定控制算法的优化提供依据，提升机载光电稳定平台的控制性能。
发明内容
要解决的技术问题
为了克服由机载光电稳定平台的框架自有控制装置驱动时速度不均匀，框架自身惯性力矩对测量带来干扰的问题，本发明提出一种基于力平衡的小型稳定平台摩擦力矩测试方法，有效地测量和描述稳定平台万向框架的摩擦力矩，为光机装调方法和稳定控制算法的优化提供依据，从而提升机载光电稳定平台的控制性能。
技术方案
一种基于力平衡的小型稳定平台摩擦力矩测试方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：在稳定平台框架上增加辅助控制装置；所述的辅助控制装置包括电机、编码器、减速箱、联轴器、扭矩传感器、编码器与扭矩传感器信号采集电路、基座及支撑工装；基座及支撑工装与稳定平台基座固连，电机、编码器、减速箱、联轴器、扭矩传感器安装在基座及支撑工装上，每个电机力矩输出轴依次安装电机、减速箱、联轴器、扭矩传感器、联轴器；力矩输出轴末端联轴器与稳定平台的被测轴相连接；编码器与扭矩传感器信号采集电路用于采集编码器角度信息及扭矩传感器的测量力矩；扭矩传感器通过联轴器连接平台框架与减速箱，带动框架匀速旋转，通过扭矩传感器传递的力矩与平台框架摩擦力矩保持力矩平衡；
步骤2：设置输出转速为ωo，由电机带动减速箱闭环控制，实现待测产品轴系匀速转动，达到转速为ωo：
Figure BDA0002718723180000021
由于测量轴系角加速度为零，因此
Tf＝Tm (2)
式(2)中，Tm为辅助控制装置通过扭矩传感器传递到待测框架的扭转力矩，由扭矩传感器信号采集电路采集转矩传感器得到，同时记录当前的转速ωo、编码器显示的角位置信息，绘制摩擦力矩随角位置变化曲线；
步骤3：改变设定转速ωo，重复步骤2中的测量方法，记录不同ωo下对应的摩擦力矩Tf，则可绘制摩擦力矩随转速变化曲线。
本发明技术方案更进一步的说：步骤1中电机为2个。
本发明技术方案更进一步的说：步骤1中减速箱为2个。
本发明技术方案更进一步的说：步骤1中编码器为2个。
本发明技术方案更进一步的说：步骤1中联轴器为4个。
本发明技术方案更进一步的说：步骤1中扭矩传感器为2个。
本发明技术方案更进一步的说：步骤2中所述的闭环控制：通过编码器采集电路读取角位置信息，通过位置差分得到角速度信息，并将角速度信息通过负反馈与速度输入指令作差后，进行PID控制。
有益效果
本发明提出的一种基于力平衡的小型稳定平台摩擦力矩测试方法，在稳定平台框架上增加由电机、编码器、减速箱、力矩传感器组成的控制装置提供准确匀速的角度旋转，克服由框架自有控制装置驱动时速度不均匀，框架自身惯性力矩对测量带来干扰的问题。本发明通过增加辅助控制装置，可以准确、方便地测试不同速度、不同位置下摩擦力特性，从而评价光机装调的一致性，进而对摩擦力矩的共性部分输入至稳定控制算法中进行补偿，增强光电稳定平台的抗扰能力，提高光轴指向的准确性，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1稳定平台摩擦力矩测试示意图
图2稳定平台摩擦力矩测试原理框图
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
一种基于力平衡的小型稳定平台摩擦力矩测试方法，通过稳定平台框架上增加由电机、编码器、减速箱、力矩传感器组成的控制装置提供准确匀速的角度旋转，力矩传感器通过联轴器连接平台框架与减速箱，带动框架匀速旋转，通过力矩传感器传递的力矩与稳定平台框架摩擦力矩保持力矩平衡。通过采集编码器、力矩传感器、角度传感器信息，得到不同速度、不同位置下的摩擦力矩，以此评价光机装调的一致性，并在稳定控制算法中补偿，增强光电稳定平台的抗扰能力，提高光轴指向的准确性。主要涉及到三个方面：
1)摩擦测试辅助控制装置的确定。通过待测光电平台框架摩擦力矩、速度范围的估计，选择辅助控制装置的电机、编码器、减速箱、力矩传感器。
2)辅助控制装置调速算法设计。根据光电稳定平台的特性，选择合适的调速控制算法，并计算不同速度时负载摩擦力矩对速度均匀性指标的影响，负载摩擦力矩的变化应对调速装置的影响最小。
3)摩擦力矩的测试。给定辅助控制装置不同的速度指令值，采集辅助控制装置的编码器、扭矩传感器的信息，同时采集稳定平台角度传感器数据，对不同速度多次测量，得到摩擦模型参数，给出光电平台光机装调参数进行一致性水平评价，并优化装调方法。
本发明具体实施步骤如下：
如图1所示，第一步，在被测稳定平台框架上增加辅助控制装置，所述的辅助控制装置包括2个电机、2个编码器、2个减速箱、4个联轴器、2个扭矩传感器、1个编码器与扭矩传感器信号采集电路、1个基座及支撑工装。基座及支撑工装与稳定平台基座固连，电机、编码器、减速箱、联轴器、扭矩传感器安装在基座及支撑工装上，其中1个电机的力矩输出轴依次安装电机、减速箱、联轴器、扭矩传感器、联轴器，力矩输出轴末端联轴器与被测稳定平台的方位框架上的被测轴相连接；另一个个电机的力矩输出轴依次安装电机、减速箱、联轴器、扭矩传感器、联轴器，力矩输出轴末端联轴器与被测稳定平台的俯仰框架上的被测轴相连接；编码器与扭矩传感器信号采集电路用于采集编码器角度信息及扭矩传感器的测量力矩。
第二步，设置输出转速为ωo，由电机带动减速箱闭环控制，实现待测装置轴系匀速转动,稳定达到转速为ωo。如附图2所示，存在式(1)表达式。
Figure BDA0002718723180000041
由于测量轴系角加速度为零，因此
Tf＝Tm (2)
式(2)中，Tm为辅助控制装置通过扭矩传感器传递到待测框架的扭转力矩，由扭矩传感器信号采集电路采集转矩传感器得到，同时记录当前的转速ωo、编码器显示的角位置信息，绘制摩擦力矩随角位置变化曲线。
第三步，改变设定转速ωo，重复步骤二中的测量方法，记录不同ωo下对应的摩擦力矩Tf。则可绘制摩擦力矩随转速变化曲线。
所述的闭环控制算法，通过编码器采集电路读取角位置信息，通过位置差分得到角速度信息，并将角速度信息通过负反馈与速度输入指令作差后，进行PID控制。
通过安装扭矩传感器的电机装置带动框架匀速转动，测量出不同速度下摩擦力矩的分布，以及摩擦力矩与角位置的关系曲线，辨识得到摩擦模型参数，从而评价光电稳定平台万向架的光机装配程度和一致性水平，通过优化装调方法和稳定控制算法，增强光电稳定平台对基座扰动的抑制能力，提高光轴的指向准确性，具有广泛的应用前景。

Claims (7)

1.一种基于力平衡的小型稳定平台摩擦力矩测试方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：在稳定平台框架上增加辅助控制装置；所述的辅助控制装置包括电机、编码器、减速箱、联轴器、扭矩传感器、编码器与扭矩传感器信号采集电路、基座及支撑工装；基座及支撑工装与稳定平台基座固连，电机、编码器、减速箱、联轴器、扭矩传感器安装在基座及支撑工装上，每个电机力矩输出轴依次安装电机、减速箱、联轴器、扭矩传感器、联轴器；力矩输出轴末端联轴器与稳定平台的被测轴相连接；编码器与扭矩传感器信号采集电路用于采集编码器角度信息及扭矩传感器的测量力矩；扭矩传感器通过联轴器连接平台框架与减速箱，带动框架匀速旋转，通过扭矩传感器传递的力矩与平台框架摩擦力矩保持力矩平衡；
步骤2：设置输出转速为ωo，由电机带动减速箱闭环控制，实现待测产品轴系匀速转动，达到转速为ωo：
Figure FDA0002718723170000011
由于测量轴系角加速度为零，因此
Tf=Tm (2)
式(2)中，Tm为辅助控制装置通过扭矩传感器传递到待测框架的扭转力矩，由扭矩传感器信号采集电路采集转矩传感器得到，同时记录当前的转速ωo、编码器显示的角位置信息，绘制摩擦力矩随角位置变化曲线；
步骤3：改变设定转速ωo，重复步骤2中的测量方法，记录不同ωo下对应的摩擦力矩Tf，则可绘制摩擦力矩随转速变化曲线。
2.根据权利要求1所述的一种基于力平衡的小型稳定平台摩擦力矩测试方法，其特征在于步骤1中电机为2个。
3.根据权利要求1所述的一种基于力平衡的小型稳定平台摩擦力矩测试方法，其特征在于步骤1中减速箱为2个。
4.根据权利要求1所述的一种基于力平衡的小型稳定平台摩擦力矩测试方法，其特征在于步骤1中编码器为2个。
5.根据权利要求1所述的一种基于力平衡的小型稳定平台摩擦力矩测试方法，其特征在于步骤1中联轴器为4个。
6.根据权利要求1所述的一种基于力平衡的小型稳定平台摩擦力矩测试方法，其特征在于步骤1中扭矩传感器为2个。
7.根据权利要求1所述的一种基于力平衡的小型稳定平台摩擦力矩测试方法，其特征在于步骤2中所述的闭环控制：通过编码器采集电路读取角位置信息，通过位置差分得到角速度信息，并将角速度信息通过负反馈与速度输入指令作差后，进行PID控制。
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