CN114253301B - 一种测试两轴四框架平台稳定精度的方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种测试两轴四框架平台稳定精度的方法，包括如下步骤：构建第一扰动信号；以所述第一扰动信号驱动所述外框架系统绕所述方位轴旋转，获取所述内框架系统的第一角速度；积分运算所述第一角速度，得到第一角位置；计算所述方位轴的稳定精度。还包括如下步骤：构建第二扰动信号；以所述第二扰动信号驱动所述外框架系统绕所述俯仰轴旋转，获取所述内框架系统的第二角速度；积分运算所述第二角速度，得到第二角位置；计算所述俯仰轴的稳定精度；在该方法得出的实验数据与国家标准中规定的测试方法数据相比，表明该测试方法的有效性，并具有可操作性强和便于应用的特点。

Description

一种测试两轴四框架平台稳定精度的方法

技术领域

本申请涉及关于两轴四框架稳定精度测试的技术领域，尤其涉及一种测试两轴四框架平台稳定精度的方法。

背景技术

机载光电转塔中，通过对光电传感器的视轴进行精确指向与稳定控制，完成对目标的捕获、跟踪及测量，因此视线稳定精度为此类光电设备的一关键性能指标。采用两轴四框架结构形式的稳定平台可以扩展跟踪范围，两轴四框架陀螺稳定平台的视轴稳定精度主要由内框架系统的稳定控制实现，因此，对内框架系统的视线稳定精度的测试即可作为该类光电稳定平台的视线稳定精度指标。

国家标准中规定的视线稳定精度测试方法为：将转塔安装在摇摆台上，保证摇摆台与转塔的方位轴、俯仰轴对应相互平行。转塔在惯性模式下，摇摆台以要求的频率和幅值做正弦摆动，采集此过程中的像点晃动量或者陀螺输出。该测试方法需要专用的测试设备与测试环境条件，在保障条件受限条件下缺少可操作性及便利性。在对两轴四框架稳定平台控制系统进行调试的过程中，需要反复测试平台的稳定精度指标验证控制系统性能时，此方法的不便性更为明显。

发明内容

本申请的目的是针对以上问题，提供一种测试两轴四框架平台稳定精度的方法，该测试方法具有有效性，并具有可操作性强和便于应用的特点。

本申请的技术方案提供一种测试两轴四框架平台稳定精度的方法，所述两轴四框架平台包括：相互连接的内框架系统和外框架系统，且所述两轴四框架平台具有两轴系，所述两轴系包括：相互垂直的方位轴和俯仰轴，其特征在于，包括如下步骤：

构建第一扰动信号；

以所述第一扰动信号驱动所述外框架系统绕所述方位轴旋转，获取所述内框架系统的第一角速度；

积分运算所述第一角速度，得到第一角位置；

计算所述方位轴的稳定精度。

根据本申请某些实施例提供的技术方案，还包括如下步骤：

构建第二扰动信号；

以所述第二扰动信号驱动所述外框架系统绕所述俯仰轴旋转，获取所述内框架系统的第二角速度；

积分运算所述第二角速度，得到第二角位置。

计算所述俯仰轴的稳定精度。

根据本申请某些实施例提供的技术方案，还包括如下步骤：

所述第一扰动信号和所述第二扰动信号的公式如下：

θ_sine＝Amp*sin(2*π*cnt_sine/T_sine)；

其中，Amp为信号幅值，cnt_sine为控制周期累加的计数器，T_sine为一个信号周期内的控制周期总数。

根据本申请某些实施例提供的技术方案，所述控制周期总数T_sine公式如下：

T_sine＝1/f_sine/1/f_s＝f_s/f_sine；

其中，f_s为控制频率，f_sine为信号频率。

根据本申请某些实施例提供的技术方案，积分运算所述第一角位置和所述第二角位置的公式如下：

其中ω为所述第一角速度/所述第二角速度。

根据本申请某些实施例提供的技术方案，计算所述方位轴的稳定精度公式如下：

其中x_i为第i(0＜i＜n)个所述第一角位置，为n个所述第一角位置的平均值，n(n≥2)为所述第一角位置的总数。

根据本申请某些实施例提供的技术方案，计算所述俯仰轴的稳定精度公式如下：

其中x_i为第i(0＜i＜n)个所述第二角位置，为n个所述第二角位置的平均值，n(n≥2)为所述第二角位置的总数。

与现有技术相比，本申请的有益效果：一种测试两轴四框架平台稳定精度的方法，包括如下步骤：构建第一扰动信号；以第一扰动信号驱动外框架系统绕方位轴旋转，获取内框架系统的第一角速度；积分运算第一角速度，得到第一角位置；最后计算方位轴的稳定精度；

在测试过程中，根据公式计算生成第一扰动信号，再将第一扰动信号转换成控制电机驱动电压信号，电机通过电压信号驱动外框架系统，此时外方位框架绕方位轴旋转，进而获取内方位框架的多个第一角速度，再对多个第一角速度进行积分运算得出一个序列的第一角位置，再通过标准差公式计算得出两轴四框架上方位轴的稳定精度；该测试方法能够有效的测得稳定精度，并具有较强的可操作性和便于应用的特点。

附图说明

图1为两轴四框架平台的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的方法所测试的角速度与稳定精度分别随时间变化的曲线图；

图3为基于五轴摇摆转台方法测试的角速度与稳定精度分别随时间变化的曲线图；

图4为生成正弦扰动信号流程图。

图中所述文字标注表示为：

10、方位轴；11、外俯仰框架；12、外方位框架；20、俯仰轴；21内俯仰框架；22、内方位框架；30、陀螺仪。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本申请的技术方案，下面结合附图对本申请进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本申请的保护范围有任何的限制作用。

本实施例提供一种测试两轴四框架平台稳定精度的方法，如图1所示，两轴四框架平台包括：相互连接的内框架系统和外框架系统，且两轴四框架平台具有两轴系，两轴系包括：相互垂直的方位轴10和俯仰轴20，其中，外框架系统包括外方位框架12和外俯仰框架11，内框架系统包括内方位框架22和内俯仰框架21，且在各个框架上均设置有电机。

本申请实施例提供的方法包括如下步骤：

构建第一扰动信号；根据公式计算生成第一扰动信号为正弦扰动信号。

以第一扰动信号驱动外框架系统绕方位轴10旋转，获取内框架系统的第一角速度；

这里驱动外框架系统是通过电机驱动，将构建的正弦扰动信号转换成控制电机驱动的电压信号，在外方位框架12上的电机通过电压信号驱动外方位框架12，外方位框架绕12方位轴10旋转，也就是对内方位框架22的方位轴10进行干扰，进而获取内方位框架22的第一角速度。

需说明的是在驱动外方位框架12绕方位轴10旋转时，内方位框架22进入惯性稳定模式。

积分运算第一角速度，得到第一角位置；在一定的采样时间内测得多个第一角速度，对多个第一角速度依次进行积分运算得出关于第一角位置的一个序列。

计算方位轴10的稳定精度；对关于第一角位置的一个序列通过公式计算得出两轴四框架上方位轴10的稳定精度。

在本实施例中，还包括如下步骤：

构建第二扰动信号；根据公式计算生成第二扰动信号为正弦扰动信号。

以第二扰动信号驱动外框架系统绕俯仰轴20旋转，获取内框架系统的第二角速度；

这里驱动外框架系统是通过电机驱动，将构建的正弦扰动信号转换成控制电机驱动的电压信号，在外俯仰框架11上的电机通过电压信号驱动外俯仰框架11，外俯仰框架11绕俯仰轴20旋转，也就是对内俯仰框架21的俯仰轴20进行干扰，进而获取内俯仰框架21的第二角速度。

需说明的是在驱动外俯仰框架11绕俯仰轴20旋转时，内俯仰框架21进入惯性稳定模式。

积分运算第二角速度，得到第二角位置；在一定的采样时间内测得多个第二角速度，对多个第二角速度依次进行积分运算得出关于第二角位置的一个序列。

计算俯仰轴20的稳定精度；对关于第二角位置的一个序列通过公式计算得出两轴四框架上俯仰轴20的稳定精度。

在本实施例中，需说明的是，在内框架系统上设有陀螺仪30，获取的第一角速度和第二角速度是依据陀螺仪30得出的数据。

在本实施例中，如图4所示，还包括如下步骤：

第一扰动信号和第二扰动信号的公式如下：

θ_sine＝Amp*sin(2*π*cnt_sine/T_sine)；

其中，Amp为信号幅值，cnt_sine为控制周期累加的计数器，T_sine为一个信号周期内的控制周期总数。

设置一个正弦信号周期和正弦信号幅值，将一个正弦信号周期分隔成n(n＞0)个控制周期，通过控制计数器计数值的累加，逐步生成在一个正弦信号周期内的正弦信号图。图2中所示的是对应在多个正弦信号周期内，陀螺仪30测得关于角速度随时间变化的曲线图。

这里计数器计数初始值为0，当计数值与控制周期总数相等时，即生成一个采样周期的正弦扰动信号图。

在本实施例中，控制周期总数T_sine公式如下：

T_sine＝1/f_sine/1/f_s＝f_s/f_sine；

其中，f_s为控制频率，f_sine为信号频率。

控制频率的倒数是一个控制周期的值，信号频率的倒数是正弦信号周期的值，因此控制周期的总数等于正弦信号周期除以一个控制周期。

在本实施例中，积分运算第一角位置和第二角位置的公式如下：

其中ω为第一角速度/第二角速度。对测得的第一角速度和第二角速度进行积分运算，分别得出第一角位置和第二角位置。

在本实施例中，计算方位轴10的稳定精度公式如下：

其中x_i为第i(0＜i＜n)个第一角位置，为n个第一角位置的平均值，n(n≥2)为第一角位置的总数。

将n个第一角位置作为一个序列{x1，x2，x3，…xn}，对这个序列根据公式计算得出方位轴10的稳定精度。

在本实施例中，计算俯仰轴20的稳定精度公式如下：

其中x_i为第i(0＜i＜n)个第二角位置，为n个第二角位置的平均值，n n≥2)为第二角位置的总数。

(将n个第二角位置作为一个序列{x1，x2，x3，…xn}，对这个序列根据公式计算得出俯仰轴20的稳定精度。

本申请实施例提供的一种测试两轴四框架平台稳定精度的方法，根据公式计算获得正弦扰动信号，将正弦扰动信号转换成控制电机驱动的电压信号，电机驱动外框架系统转动，采集在外框架系统分别绕方位轴10和俯仰轴20转动过程中，测得对应内框架系统在方位轴10的多个第一角速度，和俯仰轴20的多个第二角速度，对多个第一角速度进行积分运算获得一个序列的第一角位置，对多个第二角速度进行积分运算获得一个序列的第二角位置。

在测试过程中，设置一定的采样时间，陀螺仪30对应测得多个第一角速度或多个第二角速度，对多个第一角速度进行积分运算后得出一个关于第一角位置序列，对多个第二角速度进行积分运算后得出一个关于第二角位置序列，最后对一个序列的第一角位置根据公式计算得到方位轴10的稳定精度，对一个序列的第二角位置根据公式计算得到俯仰轴20的稳定精度。如图2和3所示，该测试方法得出的实验数据与国家标准中规定的摇摆台测试方法数据相比，表明该测试方法的有效性，并具有可操作性强和便于应用的特点。

本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均应视为本申请的保护范围。

Claims (6)

1.一种测试两轴四框架平台稳定精度的方法，所述两轴四框架平台包括：相互连接的内框架系统和外框架系统，且所述两轴四框架平台具有两轴系，所述两轴系包括：相互垂直的方位轴和俯仰轴，其特征在于，包括如下步骤：

构建第一扰动信号；所述第一扰动信号用于转换成控制电机驱动的电压信号；所述电机用于驱动所述外框架系统旋转；

所述第一扰动信号的公式如下：；

其中，为信号幅值，/>为控制周期累加的计数器，/>为一个信号周期内的控制周期总数；

以所述第一扰动信号驱动所述外框架系统绕所述方位轴旋转，获取所述内框架系统的第一角速度；

积分运算所述第一角速度，得到第一角位置，所述积分运算所述第一角位置的公式如下：

；

其中，为所述第一角速度；

计算所述方位轴的稳定精度，所述计算所述方位轴的稳定精度公式如下：

其中，为第i个所述第一角位置，0＜i＜n，/>为n个所述第一角位置的平均值，n为所述第一角位置的总数，n≥2。

2.根据权利要求1所述的一种测试两轴四框架平台稳定精度的方法，其特征在于，还包括如下步骤：

构建第二扰动信号；

以所述第二扰动信号驱动所述外框架系统绕所述俯仰轴旋转，获取所述内框架系统的第二角速度；

积分运算所述第二角速度，得到第二角位置；

计算所述俯仰轴的稳定精度。

3.根据权利要求2所述的一种测试两轴四框架平台稳定精度的方法，其特征在于，还包括如下步骤：

所述第二扰动信号的公式如下：

；

其中，为信号幅值，/>为控制周期累加的计数器，/>为一个信号周期内的控制周期总数。

4.根据权利要求3所述的一种测试两轴四框架平台稳定精度的方法，其特征在于，所述控制周期总数公式如下：

；

其中，为控制频率，/>为信号频率。

5.根据权利要求2所述的一种测试两轴四框架平台稳定精度的方法，其特征在于，积分运算所述第二角位置的公式如下：

；

其中，为所述第二角速度。

6.根据权利要求5所述的一种测试两轴四框架平台稳定精度的方法，其特征在于，计算所述俯仰轴的稳定精度公式如下：

其中为第/>个所述第二角位置，0＜/>＜/>，/>为/>个所述第二角位置的平均值，/>为所述第二角位置的总数，/>≥2。