CN116952279A - 一种高速率平稳度单轴测试转台 - Google Patents

一种高速率平稳度单轴测试转台 Download PDF

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苏长青
吴国亮
潘能微
马骥
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Abstract

本发明公开了一种高速率平稳度单轴测试转台，包括与电控箱连接的机械台体，所述机械台体包括底座，底座内通过主支撑轴承和辅助支撑轴承安装有主轴，底座内还设有用于驱动主轴转动的无槽电机，所述主轴的上端与置于底座上方的台面连接，主轴的下端安装有角度编码器，所述角度编码器包括安装在主轴下端的光栅鼓，光栅鼓的侧部均布有多个安装在底座上的读数头；所述电控箱包括机壳，机壳内设有与角度编码器连接的控制电路板以及与无槽电机连接的线性功放，所述线性功放与控制电路板连接。本发明通过采用线性功放驱动无槽电机带动测试转台运动，以及采用多个读数头的角度编码器提高角度测量精度，从而提高了测试转台的速率平稳度。

Description

一种高速率平稳度单轴测试转台
技术领域
本发明属于测试转台技术领域，具体涉及一种高速率平稳度单轴测试转台。
背景技术
测试转台作为惯导测试设备，用于提供标准的角位置、角速率信号来进行惯导系统及惯性元件的测试与标定。评价测试转台性能的一个重要指标就是速率平稳度。
随着陀螺技术的不断进步，高精度光学陀螺的零偏稳定性已经优于千分之一度每小时，通常而言，测试设备的精度要比被测器件的精度高一个数量级，这就对测试转台提出了更高的要求。而传统的测试转台由于受到电机电刷摩擦力、电机定子齿槽效应、PWM驱动器电流波动的影响，速率平稳度已经成为制约测试转台发展的技术瓶颈。
发明内容
本发明其目的就在于提供一种高速率平稳度单轴测试转台，以解决上述背景技术中的问题。
为实现上述目的而采取的技术方案是，一种高速率平稳度单轴测试转台，包括与电控箱连接的机械台体，所述机械台体包括底座，底座内通过主支撑轴承和辅助支撑轴承安装有主轴，底座内还设有用于驱动主轴转动的无槽电机，所述主轴的上端与置于底座上方的台面连接，主轴的下端安装有角度编码器，所述角度编码器包括安装在主轴下端的光栅鼓，光栅鼓的侧部均布有多个安装在底座上的读数头；所述电控箱包括机壳，机壳内设有与角度编码器连接的控制电路板以及与无槽电机连接的线性功放，所述线性功放与控制电路板连接。
进一步，所述主轴通过主支撑轴承和辅助支撑轴承安装在底座内，所述无槽电机置于主支撑轴承和辅助支撑轴之间，无槽电机的转子与主轴连接。
进一步，所述读数头有四个，四个所述读数头均布在光栅鼓的侧部，用于检测和反馈主轴的角位置。
进一步，所述机壳上设有与控制电路板连接的触摸屏，所述机壳内还设有电源；所述电源分别连接控制电路板、线性功放、触摸屏，用于控制电路板、线性功放、触摸屏的供电；所述控制电路板用于完成角度编码器的角度解算、运动控制、状态监控，并产生控制信号给线性功放；所述触摸屏与控制电路板进行通信，实现人机交互功能；所述线性功放接收控制电路板输出的控制信号，内部进行功率放大后生成无槽电机的驱动信号。
有益效果
与现有技术相比本发明具有以下优点。
1、本发明采用无槽电机对主轴进行驱动，既没有传统有刷电机碳刷摩擦带来的力矩波动，也没有传统无刷电机由于齿槽效应带来的转矩波动，从而大幅提高了转台的速率平稳度；
2、本发明采用四读数头的角度编码器作为测角反馈，基于多个读数头平均效应进行角度补偿，可以提高角度测量精度，从而改善转台速率状态下的运行平稳度；
3、本发明采用线性功放驱动无槽电机，可以根据电流需求和负载阻抗调节电流，相比基于PWM的电机驱动器，没有电流纹波和零点交越失真带来的转矩波动，从而提高转台的速率平稳度。
附图说明
以下结合附图对本发明作进一步详述。
图1为本发明中机械台体的结构示意图；
图2为本发明中角度编码器的结构示意图；
图3为本发明中电控箱的结构示意图；
图4为本发明的系统原理图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述。
如图1-图4所示，一种高速率平稳度单轴测试转台，包括与电控箱2连接的机械台体1，所述机械台体1包括底座6，底座6内通过主支撑轴承8和辅助支撑轴承7安装有主轴9，底座6内还设有用于驱动主轴9转动的无槽电机10，所述主轴9的上端与置于底座6上方的台面5连接，主轴9的下端安装有角度编码器11，所述角度编码器11包括安装在主轴9下端的光栅鼓3，光栅鼓3的侧部均布有多个安装在底座6上的读数头4；所述电控箱2包括机壳16，机壳16内设有与角度编码器11连接的控制电路板15以及与无槽电机10连接的线性功放14，所述线性功放14与控制电路板15连接。
所述主轴9通过主支撑轴承8和辅助支撑轴承7安装在底座6内，所述无槽电机10置于主支撑轴承8和辅助支撑轴7之间，无槽电机10的转子与主轴9连接。
所述读数头4有四个，四个所述读数头4均布在光栅鼓3的侧部，用于检测和反馈主轴9的角位置。
所述机壳16上设有与控制电路板15连接的触摸屏13，所述机壳16内还设有电源12；所述电源12分别连接控制电路板15、线性功放14、触摸屏13，用于控制电路板15、线性功放14、触摸屏13的供电；所述控制电路板15用于完成角度编码器11的角度解算、运动控制、状态监控，并产生控制信号给线性功放14；所述触摸屏13与控制电路板15进行通信，实现人机交互功能；所述线性功放14接收控制电路板15输出的控制信号，内部进行功率放大后生成无槽电机10的驱动信号，线性功放14通过电缆与无槽电机10相连。
本发明中，所述主轴9通过呈上、下位置固定的主支撑轴承8和辅助支撑轴7支撑在底座6上，并与无槽电机10的转子直联；所述角度编码器11固定在主轴9下端，并在底座6上均布四个读数头4，用于检测和反馈主轴9的角位置；所述电控箱2包括控制电路板15、电源12、线性功放14、触摸屏13、机壳16；所述控制电路板15连接角度编码器11上的读数头4，用于完成角度解算、运动控制、状态监控，并通过串口与触摸屏13进行通信，其生成的控制信号通过模拟接口方式传送给线性功放14；所述电源12通过外部供电进行储电，用于控制电路板15、线性功放14、触摸屏13的供电；所述线性功放14用于接收控制电路板15输出的控制信号，在内部进行功率放大后，生成无槽电机10的驱动信号，并通过电缆与无槽电机10电性相连。
所述机械台体1与电控箱2之间通过电缆相连；机械台体1包括底座6、辅助支撑轴承7、主支撑轴承8、主轴9、无槽电机10、角度编码器11；所述主轴9通过主支撑轴承8和辅助支撑轴承7支撑在底座6上，并与无槽电机10的转子直连。
所述角度编码器11由光栅鼓3以及四个读数头4构成，所述光栅鼓3固定在主轴9下端，四个读数头4安装在底座6上，并按顺序均布在光栅鼓3的周围，且四个读数头4彼此间隔角度为90゜，用于检测和反馈主轴9的角位置；所述电控箱2由控制电路板15、线性功放14、电源12、触摸屏13、机壳16构成；所述控制电路板15、线性功放14、电源12、触摸屏13均固定在机壳16上。
本发明的工作原理如图4所示，所述控制电路板15首先采集角度编码器11上四个读数头4的测角信号，并对其进行平均补偿得到高精度反馈位置信号，依据用户指令进行运动轨迹规划得到目标位置信号，反馈位置信号与目标位置信号经过闭环控制算法处理后生成控制信号，并输出给线性功放14；所述线性功放14对控制电路板15输出的控制信号进行功率放大，产生电机驱动信号至无槽电机10，无槽电机10带动主轴9进行转动，最终驱动测试转台运动；所述触摸屏13与控制电路板15之间进行数据通信，用于实现人机交互功能，包括显示测试转台的位置、速率、工作状态，并将用户的操作转换为控制指令发送给控制电路板15执行。
本发明提供了一种高速率平稳度单轴测试转台，其采用无槽电机10驱动测试转台运动，解决了传统有刷电机碳刷导致的摩擦力矩波动问题与传统无刷电机齿槽效应导致的转矩波动问题；采用线性功放14驱动无槽电机10，解决了传统PWM电机驱动器电流纹波和零点交越失真带来的转矩波动问题；采用基于四个读数头4的角度编码器11提高角度测量精度，从而提高了测试转台的速率平稳度。

Claims (4)

1.一种高速率平稳度单轴测试转台，包括与电控箱（2）连接的机械台体（1），其特征在于，所述机械台体（1）包括底座（6），底座（6）内通过主支撑轴承（8）和辅助支撑轴承（7）安装有主轴（9），底座（6）内还设有用于驱动主轴（9）转动的无槽电机（10），所述主轴（9）的上端与置于底座（6）上方的台面（5）连接，主轴（9）的下端安装有角度编码器（11），所述角度编码器（11）包括安装在主轴（9）下端的光栅鼓（3），光栅鼓（3）的侧部均布有多个安装在底座（6）上的读数头（4）；所述电控箱（2）包括机壳（16），机壳（16）内设有与角度编码器（11）连接的控制电路板（15）以及与无槽电机（10）连接的线性功放（14），所述线性功放（14）与控制电路板（15）连接。
2.根据权利要求1所述的一种高速率平稳度单轴测试转台，其特征在于，所述主轴（9）通过主支撑轴承（8）和辅助支撑轴承（7）安装在底座（6）内，所述无槽电机（10）置于主支撑轴承（8）和辅助支撑轴（7）之间，无槽电机（10）的转子与主轴（9）连接。
3.根据权利要求1所述的一种高速率平稳度单轴测试转台，其特征在于，所述读数头（4）有四个，四个所述读数头（4）均布在光栅鼓（3）的侧部，用于检测和反馈主轴（9）的角位置。
4.根据权利要求1所述的一种高速率平稳度单轴测试转台，其特征在于，所述机壳（16）上设有与控制电路板（15）连接的触摸屏（13），所述机壳（16）内还设有电源（12）；所述电源（12）分别连接控制电路板（15）、线性功放（14）、触摸屏（13），用于控制电路板（15）、线性功放（14）、触摸屏（13）的供电；所述控制电路板（15）用于完成角度编码器（11）的角度解算、运动控制、状态监控，并产生控制信号给线性功放（14）；所述触摸屏（13）与控制电路板（15）进行通信，实现人机交互功能；所述线性功放（14）接收控制电路板（15）输出的控制信号，内部进行功率放大后生成无槽电机（10）的驱动信号。
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