基于微型三轴仿真转台的误差分析

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收 摘 日期 ：２ １－ １ ７ ０ １ Ｏ －１ 作 者 简 介 ：马 炎 （９ ４一 ， 男 ， 湖北 公 安 人 ， 在读 研 究 生 ，研 究 方 向 为 目标 、环 境 探 测 与 识 别 。 １８ ） 第３卷 ３ 第６ 期 ２ １ — （ ） 【 ９ ０ １ ６上 ６】
务ｌ 訇 化 造
ｆＳ Ｃ Ｏ ０ 一ｉ １１ ｓ ｎ ｆ ０ ０ １ Ｃ ０ ｉ １ Ｏ ｆ Ｓ ｓ ｎ
Ｂ １ ０ １ ０ ｌ０ Ｏｐ ｓ １ ０ １ ０ Ｉ Ｃ ２ ｉｐ ｌ ｌ Ｓ ｎ ２ ｌｎ ０ ｏ ／ ｏ —ｉｐＣＳ２ ｓ ０ Ｃ ／ ｃｓ ｌ ｓ ２Ｏ１八一ｉ ｓ ｉ ｎ ３ ｎ Ｏ Ｓ
行误 差分析 。
转 台在实 际 的转动 过程 中会 产生 各种误 差Ｅ 即 ，
初 始单 位 向量 不 能到 达 预 定位 置九 ，而 是转 到 了 ，
九，即有 九 ＝ ２ Ｅ 九 ３ Ｒ （， ） １
（） ２
转 台转动 产 生 的误 差Ｅ 要 由下面 两个 方 面 的 主
因 素 引起 ：即 轴 系误 差 和 几 何 运动 误 差 。其 中轴
Ｙ
姿 态 复现 ，并 可 以对 其 传 感 器 件 、制 导 与 控 制 系 统 以及 相 关 执 行 机 构 进 行 测试 。仿 真 精 度 是 仿 真 转 台 的重 要 指 标 ，但 由于 受 到 环 境 变 化 和 制 造 误 差 、控 制 因素 以及 力 负 载 等 多种 因素 的 影 响 ，半 实物 仿 真 系统 中 的关 键 设 备 一 转 台 （ 体 结 构 是 主
马 炎 ，李世 中 ，崔瑞 男
ＭＡ Ｙａｎ，ＬｌＳｈｉ ｏｎｇ．ＣＵＩ — ｚｈ Ｒｕｉ — ｎａｎ
（ 中北 大 学 机 电工 程 学 院 ，太 原 ０ ０ ５ ） ３ ０ １
摘
要 ：以某微型三轴仿真转 台为研究背景 ，通过分 析其运动规律 ，建 立转台系统的误差模型。对影响
系统仿 真精度 的指向误差 、速率稳 定度误 差和幅相误 差进行 具体的研 究 ，提出 了指向误差的 算法 ，并通过Ｍａ ｌｂ ｔ 仿真分析 了相关误差 项。 ａ
关 键 词 ：三 轴 转 台 ；仿 真 精 度 ；指 向误 差 ；误差 模 型
中图分类号 ：Ｔ １４ Ｈ ２
文献标识码 ：Ａ
文章编号 ：１０ — １ ４ ２ １ ） （ 一 ０ ９ ３ ９ ０ ３ （ ０ １ ６ 上） ０ ６—０ ０
Ｄｏｉ １ ３ ６ ／ｉｉｓ １ ０ －０ ４． ０ １ ６ － ２ ： ９ ９ ． ｎ． ０ ９ １ ０． ｓ ３ ２ １ ． （ｔ），Ｏ
、 匐 ｌ 生
基 于 微 型 三 轴 仿 真 转 台 的误 差 分 析
Ｅｒ ｏｒ ａｎ ｙｓ ｓ ｂａｓ ｈｅ ｍ ｉ ａｔ ｅ ｈｒ － ｒ ａｌ ｉ ｅ ｏｎ ｔ ｎｉ ｕｒ ｔ ｅｅ ａｘｉ ｍ ｕｌ ｉ ｕｒ ａｂｌ ｓ ｓｉ ａｔ ｏｎ ｔ ｎｔ ｅ
ｒ。（ ｃｓ
ｌ
０
＋ ２ 。 Ｙ）
１
一
ｓ（ ｉ ｎ
＋ ２１ ｙ）
ｌ
０
ｌ（ Ｙ 。 ＹＪ ＋２ ｃ（ ２ ｓ ｉ ｎ。
ｆｏ ６ ｓ ０ｆｏ１ ０一ｉ ３ Ｃ ， 一ｉ ｏ ｓ ｉ ｃＷ ｎ １ｃｓ３ ｓｐ１ Ｏ￣ ｓ ＼ ３ ｎ ＳＩ ｎ Ｊ ６ ｃ ｓ ｃｓ ０｝ ０ 】 ０ ｝ｓ Ｃ Ｄ ｉ ｎ 。 ｛ ｛ｎ Ｏ ｉ Ｓ ｝
ｗ５ 、ｗ６ 。有 ：Ｅ ＝
＝
ＹＷ 、Ｊ
（） ３
则 指 向误 差可 以描述 为 ：
３ 一
天＝ １ ） ２ 天
其 中Ｒ。 ） 为欧拉 变 换矩 阵
（ １ ）
上 式 中的Ａ ＝ ， ＇） 。 Ｒ Ｒ Ｅ一 （ Ｒ Ｑ） 指 向误 差如 图２ 示 所
Ｊ ・ｌ ＝ ｊ
１ 转台的指 向误差分析
１１ 指 向误差 的定 义及 其建 模 ． 指 向误 差 实 际上 是 一 种 空 间 角 度 误 差 ，通 常
指 的是 固连 在 内框 （ 图 １ 如 所示 ） ，上 的单 位 向量
在 经过 转 台 的转 动 后 ，预 期 指 向和 实 际 指 向之 间 的偏 差 ，此误 差将 影响 整个 系统 的定 位精 度 。 设 任 意单 位 向量 ，此 向量 固连 在转 台的 内框 架上 。在 经 过 三 轴 按 欧 拉 角顺 序 旋 转 后 ，初 始 单 位 向量 由初 始位置 转 到预 定位 置成 为 向量 ，则 ，
内 、 中 、 外 三 框 分 别 模 拟 翻 滚 、 俯 仰 、 偏 航 动 作 ），其 实 际运 动 路 线 和 理 想 状 态 间存 在 误 差 ，
图 １立 式 转 台结 构 示意 图
而 整 个 系统 的仿 真 精 度 将 受 此误 差 的影 响 。影 响 转 台仿 真 精 度 的主 要 因素 包 括 指 向误 差 、速 率 稳 定度误 差 、幅相误 差 等 。故 相 当 有必 要对 转 台进 Ｊ
系误 差 主 要 是 由三 个 轴 的 装 配 正 交 度 和 不 同心 引 起 的正 交误 差（ 为＆ ，几何 运 动 误 差轴 的 回转 精 设 ） 度 （ 为８和 位 置 控制 精 度 （ 为 以及 轴 摆 动 引起 设 ） 设 ）
的相 对误 差（ 为 ） 设 。此 相对 误 差 指 的是Ｘ、Ｙ、 ｚ 轴 因轴 的摆动 从 而 引起在Ｙ— 、ｚ ｘ、ｘ Ｙ平面 三 ｚ — — 上 的 投 影 分 别 与Ｙ、Ｚ、Ｘ的 夹 角 ，定 义 为 ｗ 、
０ 引 言
仿 真 转 台作 为 仿 真 技 术 的关 键 设 备 ， 其 发 展 历 程 经 历 了从 早 期 的 单 轴 到 双 轴 、 双 轴 到 三 轴 的
几 个 阶 段 。 三 轴 转 台 通 过 对 空 中 飞 行 目标 的 动 力学 特 性 进 行 模 拟 ，可 以完 成 对 空 中飞 行 目标 的