结构参数约束下的磁场补偿式双层时栅角位移传感器研究

时栅角位移传感器广泛运用于数控机床、工业机器人等领域中的角度测量。针对双层时栅角位移传感器测量过程中时变磁场分布不对称问题,提出了一种磁场补偿驱动方案,该方案通过对双层平面线圈分层分幅值激励来提高时变磁场的对称性。首先建立了传感器时变磁场参数化数学模型,根据磁场补偿思路确定了两层激励信号幅值比与传感器结构参数的关系;然后构建了仿真模型,并搭建了传感器实验系统;最后,进行了原有驱动方案与磁场补偿式驱动方案的对比仿真与实验分析。仿真数据表明,磁场补偿驱动方案优化了磁场分布,有效地减小了传感器节距内互补位置的感应电动势幅值差,双层时栅角位移传感器节距内测量误差减小了37.4%;实验数据表明,磁场补偿驱动方案使节距内测量误差降低至(-20.8″,12.6″)。仿真与实验数据的对比验证了磁场补偿驱动方案的有效性。

圆光栅测角误差实时补偿方法研究

误差补偿是提高圆光栅测角精度的常用手段。一些机床和精密仪器由于没有位置测量元件误差补偿功能,无法进行圆光栅的误差在线补偿。针对这一问题,提出了一种中继式的圆光栅测角误差实时补偿方法。首先,分析了圆光栅测角误差的补偿原理,建立了谐波拟合函数和圆光栅测角误差补偿模型;然后,进行了误差补偿模块的硬件选型,设计了以差分芯片为核心的信号转换电路,包括差分信号转单端信号电路和单端信号转差分信号电路,开发了误差补偿模块的嵌入式软件,将所设计的误差补偿模块插入到圆光栅的信号输出通道,建立了基于中继式误差补偿模块的试验系统;最后,采用雷尼绍校准装置采集了圆光栅的原始误差数据,使用谐波函数对测角误差数据进行了拟合,应用误差补偿模型,利用误差补偿硬件模块,对圆光栅测角误差进行了在线补偿试验。研究结果表明:对测角误差最大值为134.59″的圆光栅进行补偿后,其误差最大值可减小到12.62″,可见采用误差实时补偿方法可以显著提高圆光栅测角精度。

一种基于磁传感器的MEMS陀螺标定方法

根据微型航姿测量系统各传感器的特点,研究出了一种基于磁传感器输出的MEMS陀螺标定方法,并根据MEMS陀螺误差参数模型设计相应的补偿算法,分别对MEMS陀螺的零偏和标度因数误差进行了补偿。与传统标定方法相比,该方法实现简单,适用于现场标定。实验结果表明,该标定方法能够有效地提高MEMS陀螺测量精度,补偿后陀螺在静态条件下2min内,俯仰角漂移小于0.035°,倾斜角漂移小于0.15°,航向角的漂移小于0.2°。当陀螺三轴均有角速率输入时,在角速度小于25°/s情况下误差都能保持在±2°以内。

带标准分度转台的激光角度干涉仪的不准直误差模型

为了探讨带标准分度转台的激光角度干涉仪在测量过程中的安装不准直误差对测量结果的影响,在分析回转轴转角误差测量原理的基础上,根据测量光路的几何特征变化规律,提出测量系统的不准直误差模型。研究不准直误差变化对转角误差测量结果的影响,明确了为保证最终测量结果的精度在±1″内宜采取的误差控制措施。通过与自准直仪配合高精度多面棱体方法进行比对实验,并利用不准直误差模型对测量结果进行修正后,可以将测量结果的最大差值减小为-0.52″。结果表明所建立的误差模型的正确性,在准确评估和提高测量系统的精度上有一定的推广价值。

谐波齿轮传动的传动误差建模与补偿

针对谐波传动齿轮的角传动误差和静态定位误差很难实时精确测量和补偿的问题,建立了一种对谐波齿轮角传动误差及静态定位误差进行预测的数学模型,并探索了误差补偿的方法。在建模中,特别分析了微位移区域非线性弹性变形引起的角传动误差,以及各种常规研究中讨论过的同步分量;并应用具有滞回属性的滚动摩擦建模框架对非线性弹性分量进行了数学建模,最终将所提出的传动误差模型作为一种前馈补偿应用于模拟谐波齿轮传动系统。研究结果表明,所提出的建模和补偿方法能有效预测和补偿谐波传动系统的角传动误差,同时使其稳态散射降低40%,大大提高了传动系统的静态定位精度。

光纤捷联惯导系统角加速度误差补偿技术

以实验室自行研制的光纤陀螺及其捷联惯导系统为基础,从光纤陀螺的传统标定模型入手,在进行角加速度补偿前,通过与转台激发出的角速度与光纤陀螺测量值做对比,得出系统在有大角加速度的情况下,光纤陀螺测量值与转台实际角速度值会有很大的误差,光纤捷联惯导系统姿态误差会在很短的时间内被放大。角加速度误差补偿后,在有明显角加速度的情况下,光纤陀螺能够准确测量转台的角加速度,捷联惯导系统解算精度明显提高。

精密减速器角位移测量系统设计

为了实现对精密减速器输入端和输出端角位移的精密测量,建立精密减速器角位移测量系统。对该系统的机械结构、角度测量及标定方法、基于非线性最小二乘法的误差补偿模型进行研究。通过"立式筒状"结构和圆光栅角度传感器"前置"避免了传统检测仪的弱刚度结构和轴系形变对角度测量造成的影响。使用光电自准直仪与24面棱体结合的方式离散标定圆光栅角度传感器的角位移测量误差,研究基于谐波分析的误差补偿方法,对角坐标进行补偿,进一步消除误差。实验结果显示,通过优化检测仪的结构设计,角位移测量精度达到±7″;误差补偿后,角位移最终测量精度达到±2″,满足减速器角位移测量的高精度要求,对类似测角系统也有参考价值。

谐波齿轮传动误差的补偿控制

由于谐波系统中存在传动误差,结果会使机构无法准确执行预定的传动。为了对谐波齿轮系统的传动误差进行补偿,本文首先对谐波齿轮传动系统进行分析,综合考虑谐波齿轮啮合摩擦、扭转刚度、侧隙、传动误差等多种非线性因素,根据谐波齿轮传动系统的力学模型,建立系统非线性动力学微分方程。采用PID控制器对系统进行控制,为补偿误差根据传递函数建立了控制系统方框图。最后通过比较PID控制前后的仿真误差,证明了PID控制对误差补偿的有效性。

双驱二维工作台的几何误差建模与补偿方法

利用多体系统理论和齐次坐标变换法建立了双电机同步驱动的二维工作台几何误差模型。基于倍福自动化控制系统,针对进给方向上的定位误差提出了一种适用于双驱二维工作台的虚拟轴-电子凸轮误差补偿方法。以激光干涉仪为工具测量了相关的几何误差,对测量结果进行了拟合,在此基础上进行了误差补偿实验,验证了几何误差模型以及所提出的误差补偿方法较为准确、有效。