专利名称：转台测角系统误差实时在线测试及补偿方法
技术领域：
本发明涉及惯性导航测试技术，具体说就是一种转台测角系统误差实时在线测试及补偿方法。
背景技术：
转台(包括测试转台、仿真转台、离心机等高精度旋转设备)以其能提供高精度的空间方位、速度、加速度基准，被主要用于惯性系统或惯性仪表等精密仪器的精度检验、误差标定、性能测试、仿真研究中；转台是航空、航天、航海、国防军事等领域不可缺少的重要设备，因此转台系统精度指标至关重要；转台系统的精度主要取决于测角系统的精度，而影响测角系统的精度因素很多如机械系统的安装误差(通常表现为长周期形式)电器系统误
差(表现为短周期形式)等，实际中电器系统误差是引起测角系统误差漂移的主要因素；转台系统在交付验收、投入使用后如何保证其系统精度的长期稳定可靠是使用者最关心的问题；为此，通常的做法是定期对转台测角系统精度进行测试标定，其过程是用高精度的外基准，如齿盘、多面棱镜和自准直仪等设备，在专业人员操作下逐点测试，通过分析找到谐波误差的形式、幅度大小，然后离线分析确定调整方案进行补偿调整，之后再进行测角系统标定测试，观察补偿效果，如果达不到要求还要反复标定测试几次，直至谐波误差达到要求为止，测试补偿过程繁琐，由于谐波误差测试和分析与谐波误差的补偿调整是分开进行的，补偿效果不能直接在线观察，补偿调整费时费力且存在盲目性；由于在使用过程中不能及时发现测角系统误差，不能确保在检测周期之间测角精度发生漂移，造成测试精度超差，影响转台系统性能。因此现有转台测角系统精度测试方法缺乏时效性，不能实时在线进行测角系统精度监测，缺少一种能在转台系统运行中实时在线监测和补偿测角系统精度的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于圆感应同步器的转台测角系统误差实时在线测试及补偿方法。本发明的目的是这样实现的步骤如下步骤一测试控制器输出信号使转台系统启动闭环，给定转速为零速，在控制系统硬件电路上选取适当的观测点，用示波器监测校正控制器输出信号u(t)，此时在示波器上可以看到幅度接近零的直流电平；步骤二 给定转台系统转速选取在转台系统闭环带宽内，使系统能够复现、跟踪、放大谐波误差信号频段的特定转速10° /sec,20° /sec,30° /sec转动转台；待转台系统速度平稳勻速后,进行控制系统输出信号的谐波误差观察和分析；步骤三输出信号的谐波误差观察和分析假设当转台以10° /sec速度转动时I)如果通过示波器能观察到有周期为IOOms即IOHz的正弦波形出现时，说明系统中存在着一次谐波误差；2)如果此时观察到的是周期为50ms即20Hz的正弦波形的情况，则表明系统中存
在二次谐波误差干扰；3)如果此时观察到的即有周期为IOOms即IOHz的正弦波形，又有周期为50ms即20Hz的正弦波形的情况，可以断定系统中存在一次和二次谐波误差干扰；4)如果通过示波器观察到的只是固定的直流电平，或无规律的电平波动，或高频测量噪声，则说明系统中不存在谐波误差；步骤四谐波误差的补偿通过步骤三的观察分析，如果发现系统中存在着一次、二次谐波误差，在保持上述相应恒定转动速度的前提下进行误差调整I) 一次谐波误差的补偿调整当确定系统中存在有一次谐波误差时，取一路激磁信号，正弦或余弦(根据调整来确定)与反馈信号，在测角电路板上经电路进行叠加，通过一边调整电路补偿环节的移相电路和幅值电路参数，一边用示波器观察控制器输出信号u(t)中谐波误差的变化情况，使其补偿作用，幅度和相位，恰好与耦合产生的一次谐波误差作用相反，在线动态观察补偿效果，使一次谐波误差调整到最小程度，从而达到补偿的目的；2) 二次谐波误差的补偿调整根据二次谐波误差产生的原理，在线调整激磁电源两相输出信号的相位差和幅值偏差，达到抵消干扰的程度从而实现误差补偿；(I)相位差调整在测角系统感应同步器激磁电源板正、余弦两相相位输出信号电路上，假定余弦信号跟踪正弦信号相位，以保持两路输出信号的相位差恒定不变，通过调节余弦电路的相位设置参数，即改变跟踪正弦的移相环节参数-改变其电位器电阻值，使余弦相位的跟踪设定值发生改变，由于正、余弦相位回路是各自独立的闭环负反馈控制系统，这样当其余弦相位设定值改变时，其输出相位随之改变，从而实现两相输出相位差的变化；(2)幅值偏差在测角系统感应同步器激磁电源板正、余弦两相幅值输出信号电路上，假定余弦信号跟踪正弦信号幅值，以保持两路输出信号的幅值偏差恒定不变，通过调节余弦电路的幅值设置参数，即改变跟踪正弦幅值环节的参数-改变其电位器电阻值，使余弦幅值的跟踪设定值发生改变，由于正、余弦幅值回路是各自独立的闭环负反馈控制系统，这样当其余弦幅值设定值改变时，其输出幅值随之改变，从而实现两相输出幅值偏差的变化；经过相位差和幅值偏差反复调整，在线动态观察U (t)的波动变化，分析补偿效果。本发明一种基于圆感应同步器的转台测角系统误差实时在线测试及补偿方法，建立转台测角系统误差监测的实时性测试和补偿方法，从而可获得如下主要结果I)解决只能依赖于外精密基准来判断和确定转台测角系统误差漂移或超差的问题。2)解决转台测角系统误差实时在线监测问题，使测角系统误差状态可观测，避免因测角系统误差超差问题影响转台性能。
3)解决转台测角系统误差实时在线补偿问题，使补偿过程与效果可观测，通过在线调整使转台测角系统误差在容许的范围内，确保转台精度可监控。本发明是根据转台测角系统精度在线监测的实际需要，结合基于圆感应同步器转台测角系统特点和闭环控制系统理论知识，提出的一种测角系统谐波误差的在线测试和补偿方法。该方法是在转台闭环状态下，运行在特定速率时，通过示波器直接观测转台控制系统校正控制器输出信号，来获取和发现测角系统谐波误差形式和幅值大小，再通过调节电路参数，实现对谐波误差的抑制；该方法的特点是测角系统误差测试和补偿效果一目了然，提高了测试和补偿效率，克服了测角系统误差测试 和补偿必须经过外精密基准测试和标定的繁琐过程。实践证明该方法适用、方便、可靠，时效性高，其补偿调整精度完全满足测角系统实际要求。
图I为转台闭环控制系统原理框图；图2为闭环系统增益特性图；图3为测角板示意图；图4为激磁电源原理框图；图5为无谐波干扰时控制器输出信号u波形示意图；图6为有一次谐波干扰时控制器输出信号u波形不意图；图7为有二次谐波干扰时控制器输出信号u波形示意图；图8为有一次和二次谐波干扰时控制器输出信号u波形示意图。
具体实施例方式下面结合附图举例对本发明作进一步说明。基于圆感应同步器的转台测角系统误差实时在线测试及补偿方法，依据上述闭环系统跟踪特性，通过对控制系统输出信号的测试，直接观察到闭环回路中的谐波误差信号，经调节测角板电路和激磁电源板电路参数，实现谐波误差补偿，其在线测试及补偿方法具体实施步骤如下，测试前准备好一台具有适当带宽的示波器(如TDS100260MHZ)实施例I :结合图I :本发明一种基于圆感应同步器的转台测角系统误差实时在线测试及补偿方法，步骤如下第一步测试控制器输出信号将示波器上电，调整示波器测试通道CHl的扫描时间间隔为50ms、幅值间隔为50mv，在控制系统硬件电路上选取控制器与电机驱动器连接之间适当的观测点测试u(t)，将示波器CHl表笔测试该点，即监测转台控制器输出信号u(t)，使转台系统启动闭环，给定转速为零速，此时在示波器上可以看到幅度接近零伏的直流电平。第二步给定转台系统转速选取在转台系统闭环带宽内，使系统能够复现、跟踪、放大谐波误差信号频段的特定转速(10° /sec,20° /sec)转动转台。待转台系统速度平稳后,进行控制系统输出信号的谐波误差观察和分析。第三步输出信号的谐波误差观察和分析
假设当转台以10° /sec速度转动时5)如果通过示波器能观察到有周期为IOOms即IOHz的正弦波形出现时，说明系统
中存在着一次谐波误差。6)如果此时观察到的是周期为50ms即20Hz的正弦波形的情况，则表明系统中存
在二次谐波误差干扰。7)如果此时观察到的即有周期为IOOms即IOHz的正弦波形，又有周期为50ms即20Hz的正弦波形的情况，可以断定系统中存在一次和二次谐波误差干扰。8)如果通过示波器观察到的只是固定的直流电平，或无规律的电平波动，或高频测量噪声，则说明系统中不存在谐波误差。第四步谐波误差的补偿通过第三步的观察分析，如果发现系统中存在着一次、二次谐波误差，在保持上述相应恒定转动速度的前提下进行误差调整I) 一次谐波误差的补偿调整当确定系统中存在有一次谐波误差时，在测角板上见图3，取激磁电源板正、余弦两相中的一相(实际中取那一项需根据调整来确定)与反馈信号，经电路进行叠加，通过一边调整电路补偿环节的移相电路和调幅电路参数，一边用示波器观察控制器输出信号u(t) 中谐波误差的变化情况，使其补偿作用(幅度和相位)恰好与耦合产生的一次谐波误差作用相反，在线动态观察补偿效果，使一次谐波误差调整到最小程度，从而达到补偿的目的。2) 二次谐波误差的补偿调整根据二次谐波误差产生的原理，在线调整激磁电源两相输出信号的相位差和幅值偏差，达到抵消干扰的程度从而实现误差补偿。激磁电源原理框图见图4(I)相位差调整调整过程在激磁电源板上进行，参见激磁电源原理框图见图4，在测角系统感应同步器激磁电源板正、余弦两相相位输出信号电路上，通过调节正弦电路鉴相器的相位设置参数，即改变跟踪0度基准的移相环节参数-改变其电位器电阻值，使正弦相位的跟踪设定值发生改变；由于正、余弦相位回路是各自独立的闭环负反馈控制系统，分别锁定在0度基准和90度基准上，这样当其正弦相位设定值改变时，其输出相位随之改变，从而实现两相输出相位差的变化。(2)幅值偏差调整过程在激磁电源板上进行，参见激磁电源原理框图见图4，在测角系统感应同步器激磁电源板正、余弦两相幅值输出信号电路上，通过调节跟踪正弦的余弦鉴幅电路的幅值设置参数，即改变跟踪正弦幅值环节的参数-改变其电位器电阻值，使余弦幅值的跟踪设定值发生改变，由于正、余弦幅值回路是各自独立的闭环负反馈控制系统，这样当其余弦幅值设定值改变时，其输出幅值随之改变，从而实现两相输出幅值偏差的变化。经过相位差和幅值偏差反复调整，在线动态观察u (t)的波动变化，分析补偿效果，使二次谐波误差调整到最小程度，从而达到误差补偿的目的。实施例2 :结合图I :本发明一种基于圆感应同步器的转台测角系统误差实时在线测试及补偿方法，I、测角系统谐波误差在线测试原理和方法
圆感应同步器由于其精度高、结构简单、抗干扰能力强，被广泛用在高精度转台测角系统中作为角度传感器。圆感应同步器采用双相激磁单相输出鉴相工作方式下，由于信号引线或激磁信号的幅相变化等原因，会造成在感应同步器节距下测得的角度信号呈现为一次和二次谐波波动情况，这种波动常称为短周期谐波误差，当转台系统闭环工作时这种谐波误差将被系统的前置放大器放大，送入到转台伺服控制系统的反馈回路中，如果转台运行在速率工作方式下，这种谐波误差，会产生周期性的速率波动，影响转台系统的速率平稳性(主要影响瞬时特性)，测角系统谐波误差在线测试和补偿原理，也恰好是基于对这种周期性速率波动的观测而产生。其方法原理分析过程如下首先我们假定转台闭环控制系统原理框图如图I。这里r为给定参考输入，e为偏差信号，D(S)为转台控制系统控制器传递函数，u(t)为控制器输出信号，N(s)是电机驱动器传递函数，P(s)是控制系统对象传递函数，H(s)是感应同步器和前置放大器环节传递函数，f 反馈信号。则转台控制系统闭环传递函数为
权利要求
1. 一种转台测角系统误差实时在线测试及补偿方法，其特征在于 步骤如下 步骤一测试控制器输出信号 使转台系统启动闭环，给定转速为零速，在控制系统硬件电路上选取适当的观测点，用示波器监测校正控制器输出信号u(t)，此时在示波器上可以看到幅度接近零的直流电平； 步骤二 给定转台系统转速 选取在转台系统闭环带宽内，使系统能够复现、跟踪、放大谐波误差信号频段的特定转速100° /sec, 20° /sec, 30° /sec转动转台；待转台系统速度平稳匀速后，进行控制系统输出信号的谐波误差观察和分析； 步骤三输出信号的谐波误差观察和分析 假设当转台以10° /sec速度转动时 1)如果通过示波器能观察到有周期为IOOms即IOHz的正弦波形出现时，说明系统中存在着一次谐波误差； 2)如果此时观察到的是周期为50ms即20Hz的正弦波形的情况，则表明系统中存在二次谐波误差干扰； 3)如果此时观察到的即有周期为IOOms即IOHz的正弦波形，又有周期为50ms即20Hz的正弦波形的情况，可以断定系统中存在一次和二次谐波误差干扰； 4)如果通过示波器观察到的只是固定的直流电平，或无规律的电平波动，或高频测量噪声，则说明系统中不存在谐波误差； 步骤四谐波误差的补偿 通过步骤三的观察分析，如果发现系统中存在着一次、二次谐波误差，在保持上述相应恒定转动速度的前提下进行误差调整 1)一次谐波误差的补偿调整 当确定系统中存在有一次谐波误差时，取一路激磁信号，正弦或余弦(根据调整来确定)与反馈信号，在测角电路板经电路进行叠加，通过一边调整电路补偿环节的移相电路和幅值电路参数，一边用示波器观察控制器输出信号u (t)中谐波误差的变化情况，使其补偿作用，幅度和相位，恰好与耦合产生的一次谐波误差作用相反，在线动态观察补偿效果，使一次谐波误差调整到最小程度，从而达到补偿的目的； 2)二次谐波误差的补偿调整 根据二次谐波误差产生的原理，在线调整激磁电源两相输出信号的相位差和幅值偏差，达到抵消干扰的程度从而实现误差补偿； (1)相位差调整 在测角系统感应同步器激磁电源板正、余弦两相相位输出信号电路上，假定余弦信号跟踪正弦信号相位，以保持两路输出信号的相位差恒定不变，通过调节余弦电路的相位设置参数，即改变跟踪正弦的移相环节参数-改变其电位器电阻值，使余弦相位的跟踪设定值发生改变，由于正、余弦相位回路是各自独立的闭环负反馈控制系统，这样当其余弦相位设定值改变时，其输出相位随之改变，从而实现两相输出相位差的变化； (2)幅值偏差 在测角系统感应同步器激磁电源板正、余弦两相幅值输出信号电路上，假定余弦信号跟踪正弦信号幅值，以保持两路输出信号的幅值偏差恒定不变，通过调节余弦电路的幅值设置参数，即改变跟踪正弦幅值环节的参数-改变其电位器电阻值，使余弦幅值的跟踪设定值发生改变，由于正、余弦幅值回路是各自独立的闭环负反馈控制系统，这样当其余弦幅值设定值改变时，其输出幅值随之改变，从而实现两相输出幅值偏差的变化； 经过相位差和幅值偏差反复调整，在线动态观察U(t)的波动变化，分析补偿效果。
全文摘要
一种转台测角系统误差实时在线测试及补偿方法。步骤包括测试控制器输出信号使转台系统启动闭环，用示波器监测校正控制器输出信号u(t)、给定转台系统转速，选取在转台系统闭环带宽内，使系统能够复现、跟踪、放大谐波误差信号频段的特定转速10°/sec，20°/sec，30°/sec转动转台、待转台系统速度平稳匀速后，进行控制系统输出信号的谐波误差观察和分析、输出信号的谐波误差观察和分析。本发明的特点是测角系统误差测试和补偿效果一目了然，提高了测试和补偿效率，克服了测角系统误差测试和补偿必须经过外精密基准测试和标定的繁琐过程。并且可靠，时效性高，其补偿调整精度完全满足测角系统实际要求。
文档编号G01C25/00GK102749915SQ20121024196
公开日2012年10月24日 申请日期2012年7月13日 优先权日2012年7月13日
发明者于志伟, 刘雨, 曾鸣, 王毅, 苏宝库 申请人:哈尔滨工业大学