三自由度内场仿真多功能检测靶标研究

doi:A4C4DE3BBBBC7ADD7E3BBDFA996AFA2F

	三自由度内场仿真多功能检测靶标研究
	张绍军
学位类型	博士
导师	高云国
	2019-06-01
学位授予单位	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位授予地点	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
关键词	光学检测靶标光电跟踪测量设备跟踪检测集成优化设计指向误差
摘要	在光学精密设备的历史发展过程中,对其性能的检测技术起着举足轻重的作用。光学检测靶标就是一类专门用于室内检测光电跟踪测量设备技术性能的特种检测装置。当前,在室内检测光电跟踪测量设备技术性能时,主流光学检测靶标生成运动轨迹有限的模拟目标,其与真实机动目标的运动特性相差较大,导致检测结果不能够合理地评价光电跟踪测量设备的技术性能。因此,研制新一代光学检测靶标对光电跟踪测量设备的发展具有重要意义。本文以新研制的三自由度、内场仿真多功能检测靶标为研究对象,从不同角度对该检测靶标展开研究,包括从系统层面对该检测靶标进行剖析、通过结构加强提升该检测靶标中水平直线运动系统的结构刚度、对该检测机构的运动学和动力学进行了研究、对该光学检测靶标的空间静态指向误差进行了理论建模和误差补偿、搭建实验平台对该光学检测靶标关键性部件和整体性能进行实验研究,分别叙述如下:针对某大型光电跟踪测量设备跟踪性能检测需求,提出了三自由度、内场仿真多功能检测靶标的设计方案和技术指标要求,在设计方案中采用龙门支撑架和支撑横梁作为机座,方位轴系、水平直线运动系统和俯仰轴系作为主要运动部件,平行光管作为模拟目标发生器。以机座为根,将三个运动部件和平行光管依次通过运动副连接构成多体系统机构。在三台电机驱动下,该检测靶标能够生成方位和俯仰方向上运动的模拟目标。针对以大跨距悬臂梁形式安装的同步带驱动线性模组,将其作为水平直线运动系统主体结构时,水平直线运动系统存在结构刚度不足的问题。为此,研究了直梁弯曲振动理论,找出影响大跨距悬臂梁结构刚度的主要原因;提出在有限空间内利用结构加强的解决方法,采用集成优化设计确定了加强组件的最优形状和尺寸;通过有限元方法和实验方法分别对直线运动系统结构进行了仿真分析和测振实验。仿真分析与实验结果显示,直线运动系统加固后整体结构基频提高了1.86倍,且两者吻合性较好,表明加强组件设计方法合理性与可靠性。研究了三自由度、内场仿真多功能检测靶标的运动学和动力学,并完成了新机构电控系统的初步设计。在笛卡尔坐标系下,运用齐次坐标变换原理建立了机构的运动学方程,推导了模拟目标运动速度和加速度,分析了模拟目标速度和加速度与机构三个运动参数间的关系;运用拉格朗日动力学建模方法建立了机构的动力学方程,分析了三个驱动力与三个运动参数间的关系,借助动力学仿真软件验证了动力学方程的正确性。基于运动学与动力学分析,对机构的电控系统做了初步设计,并对三个驱动电机做了合理选型。空间静态指向精度是三自由度、内场仿真多功能检测靶标主要设计指标,为了给予指向精度评价,对新机构的空间静态指向误差进行研究。结合新机构的运动形式,找出了主要误差源,根据多体系统误差建模理论和齐次坐标变换原理建立空间静态指向误差的数学模型;以误差模型为基础,仿真分析了各误差源对指向误差的灵敏度和指向误差的分布规律;搭建实验平台,在工作域内标定了空间静态指向误差;为进一步提升指向精度,以标定的数据为拟合样本,采用最小二乘法曲面拟合法辨识出误差修正模型中各系数,进而建立了指向误差修正模型。经修正后,该检测靶标的指向精度得到了明显的提高。搭建了两套实验测试平台,一套实验平台中利用直线位移传感器测试滑块直线平移动态运动误差,结果表明滑块的直线平移动态运动误差满足设计指标;另一套实验平台中,分别利用传统光学动态靶标和新研制的检测靶标对某光电跟踪测量设备的跟踪性能进行检测,通过两种检测结果比对,给出了三自由度、内场仿真多功能检测靶标的评价。
页数	155
DOI	A4C4DE3BBBBC7ADD7E3BBDFA996AFA2F
语种	中文
引用统计
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/63865
专题	中科院长春光机所知识产出
推荐引用方式 GB/T 7714	张绍军. 三自由度内场仿真多功能检测靶标研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所). 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所),2019.

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