基于微型三轴仿真转台的误差分析
仿真误差产生的原因
仿真误差产生的原因仿真误差是指在进行仿真过程中，仿真结果与实际结果之间存在的差异。
产生仿真误差的原因有很多，下面将详细阐述其中的几个重要原因。
1.模型假设的局限性：任何仿真模型都是基于其中一种假设条件建立的，而这些假设条件可能与实际情况存在差异。
例如，模型可能忽略了一些实际系统中的细节或非线性因素，从而导致仿真结果与实际结果不完全一致。
2.参数估计的不准确性：仿真模型中的参数通常是通过观察或实验获得的，而观察或实验中所获得的数据往往存在随机误差。
因此，在进行参数估计时，可能会引入这些误差从而导致仿真结果的误差。
3.数值计算的近似误差：仿真过程中，通常需要进行数值计算，而这些计算都是基于数值方法实现的。
由于数值方法的局限性，计算过程中会引入近似误差。
例如，常用的数值积分方法可能会导致积分结果的误差。
4.初值条件的选择：仿真模型通常需要指定一组初始条件来开始仿真过程，而这些初始条件的选择可能会对仿真结果产生很大的影响。
如果初始条件选择不当，可能会导致仿真结果与实际结果之间存在较大的误差。
5.外部环境的变化：仿真模型通常是在特定的环境条件下进行仿真的，而实际情况中的环境条件往往是不断变化的。
如果仿真模型无法准确地反映这些环境条件的变化，就会导致仿真结果与实际结果之间存在误差。
6.随机性的影响：在一些仿真模型中，系统的行为可能是由随机事件决定的。
这种随机性可能是由内在的噪声、不确定性、或者外部干扰引起的。
如果仿真模型未能准确地建模这些随机事件，那么仿真结果就会受到随机误差的影响。
7.计算资源的限制：在进行大规模仿真时，计算资源的有限性可能限制了仿真模型的准确性。
例如，由于计算资源受限，可能只能使用较粗的时间步长或空间分辨率进行仿真，从而导致仿真结果的误差。
8.人为错误的影响：在建立仿真模型和进行仿真分析的过程中，人为因素也是产生仿真误差的重要原因。
例如，人为操作不当、参数设定错误、模型选择不合理等等，都可能导致仿真结果的误差。
三轴飞行转台控制系统的仿真研究
国 内飞行 转 台的研 究始 于 ２ ０世纪 ５ ０年代末 ， 要 分 布在 航 空 、 天 、 器 、 主 航 兵 船舶 等 部 门． 新 型 号 的 在 研制 过程 中发 挥着 重要 作用 ， 随着 计算 机 的迅 速发 展 和大功 率力 矩 电机 的研制 成功 ， 高性 能 的三轴 飞 行 在 转 台 中实现计 算机 实 时控 制和力 矩 电机直 接 驱动 已成 为可 能． 三轴转 台是 三个 框 架 （ 内框 、 中框 、 外框 ） 的 合 成运 动 ， 一般 将 外框 对应 于偏航 角 ， 中框 对 应于俯 仰 角 ， 内框对 应 于滚转 角 ， 内框 架在 空 间复 现弹体 的角
ｄ ｃｅ ｏ ｔ ｓ ｓｅ ｐ ｎ ，ｓｏ ，ａ ｄ ａ ｃ ｌ ｒｔ ｎ ｉ ｐ ｔ ｉｎ ｓ ｈ ｅ ｕ ｔ ｈ ｗ ｈ ｔ Ｉ ｏ ｔ ｌ ｙａ ｉ ｍｅｉ ｓｂ ｔ ｒ ｕ ｔｄ ｔ ｅ ｔ ｔｐ ｉ ｇ ｌ ｐ ｎ ｃ ｅ ｅａ ｉ ｎ ｕ ｇ ａ ．Ｔ ｅ ｒ ｓ ｌ ｓ ｏ ｓｔ ａ ｏ ｓ ｌ ＮＮ Ｐ Ｄ ｃ ｎ ｒ ｏ ｗａ ｒｔ ｈ ｔ ｉ ｅ ｔ ｃ ｅ
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２ ０ 年 ３ 月 ０７
ห้องสมุดไป่ตู้
文 章 编 号 ：６ ２— ５ ８ ２ ０ ） １— ０ ４— ６ １７ ２ ５ （０ ７ ０ ０ ２ ０
三 轴 飞 行 转 台控 制 系统 的 仿 真 研 究
刘汉 忠， 红 宇， 葛 张建 华
三轴转台仿真设计---设计说明书
目录摘要 (3)Abstract (4)1 绪论 (6)1.1 引言 (6)1.2 国外研究状况 (6)1.3国内研究状况 (6)2 三轴转台的机械设计 (8)2.1 三轴转台的概述 (8)2.1.1 三轴转台的性能指标 (8)2.1.2三轴转台工作原理概述 (8)2.1.3 伺服驱动电机的选择与计算 (9)2.1.4 直流力矩电机的计算分析 (12)2.1.5 框架的选材 (13)2.2 转台结构的设计 (14)2.2.1 外环装配示意图 (14)2.2.2 中环装配示意图 (15)2.2.3 内环装配示意图 (15)2.2.4 总装配示意图 (16)2.2.5 零件示意图 (16)3 伺服系统的总体设计 (17)3.1伺服系统的组成 (17)3.2 三轴转台的工作原理 (18)3.3 伺服系统硬件的选择 (18)3.3.1 直流电机驱动器的选择 (19)3.3.2 圆光栅编码器增量式YGM506 的选择 (20)3.3.3 稳压器的选择 (20)3.3.4 软件可编程器件的选择 (21)3.3.5 串口卡的选择 (21)3.4 伺服控制系统的硬件接线图 (23)4 三轴转台的运动仿真 (24)4.1 概述 (24)4.1.1 主要优点 (25)4.1.2 研究复杂的实际情况 (25)4.2 三轴转台仿真过程[20] (26)5 结论 (28)6 工作展望 (29)致谢 (30)参考文献 (31)2王伟摘要航空、航天工业发展水平是一个国家科技、经济及国防实力的重要标志。
在航空航天领域中, 惯性导航和制导技术是一项核心技术, 三轴转台是测试惯性元件及半实物仿真的重要非标设备, 其性能的好坏直接影响仿真和测试的可靠性和置信度。
三轴转台是以控制理论、相似理论、系统技术和信息技术为基础，利用计算机和专用物理设备为工具，为惯性导航和制导系统仿真试验提供平台的关键设备【1】。
它能够复现空间质心运动中的转角、角速度、角加速度等物理指标。
三轴测试转台结构设计与分析
三轴测试转台结构设计与分析作者：王晨晨来源：《科学导报·学术》2020年第33期摘要：本文介绍了一种用于天线测试的三轴重载高精度转台，转台各轴均采用双电机驱动的方式实现齿轮消隙，实现较高的定位精度。
文章详细介绍了转台的技术指标及结构组成，并对传动链功率设计进行了计算校核。
使用Hyperworks/optistuct软件有限元建模，对搬运器进行各工况下变形和强度的力学分析。
分析结果表明，整机安全裕度符合设计指标要求。
关键词：三轴测试转台;定位精度;双电机消隙;驱动回差;引言高精度的重载测试转台作为关键设備，在雷达天线内场、外场标定中起着不可替代的作用，其承载能力、测角精度和定位精度直接关系到测试实验的可靠性和置信度。
其中，精密三轴天线测试转台可在实验环境下模拟重型天线实际工作时的各种姿态，复现其不同姿态下的微波场特性，从而对其微波器件的功能和性能反复仿真、测试和标定，是天线近场测量的重要设备之一[1-3]。
随着雷达天线阵面尺寸重量的大型化和高精度化，对测量标定转台设备的性能和精度要求也在不断提高。
因此，高精度重载多轴测试转台的研究和制造，对航空航天及国防建设有重要意义[4]。
本文所述三轴转台主要为位置和随动功能转台，承载较大，为侧重静态稳态性能的角度指示型测试转台。
其可承载较大负载并实现三轴大范围转动，并可在大负载下保持在空间的稳定指向;可接收上位机的控制指令，实现相应的上方位、俯仰和下方位任意位置定位或随动运动，引导被测天线精确指向目标，并可长时间锁定在该位置，以满足标校测试要求。
1.技术指标及结构系统组成三轴测试转台由上、下方位轴和俯仰轴组成，各轴均具有定位锁定及掉电位置锁定功能。
其中上、下方位轴配置导电滑环，可360︒连续旋转，其它基本技术指标如下：三轴转台主要由上方位转台、俯仰轴系和下方位转台三大部分组成。
上方位转台由上台面、上回转支承、精密减速机、驱动齿轮、汇流环、双级旋变和上底座等组成;俯仰框架主要由主齿轮、中心主轴、轴承组、二级减速齿轮、限位开关、双级旋变、俯仰框架和限位挡块组成;下方位转台由下台面、下回转支承、精密减速机、驱动齿轮、汇流环、双级旋变和下底座等组成。
试析全站仪三轴的误差检验
试析全站仪三轴的误差检验作者：叶林来源：《中国科技纵横》2018年第11期摘要：全站仪对地形有极强的适应性，测量结果有较强的精度，使用方式也相对便捷，在当前我国建筑工程领域里有较广的应用。
全站仪的竖轴、横轴与视准轴的误差对测量结果有直接影响，需在利用全站仪测量前，进行三轴误差检验工作，提高测量数据的正确性，保障建筑项目的施工进度，降低测量误差对施工质量和工期的影响。
本文对全站仪的基本功能和误差检验的意义进行了分析，并探讨了三轴误差的检验方式。
关键词：全站仪；三轴误差；检验中图分类号：P204 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）11-0047-01全站仪在工程测量中有较广泛的应用，作为一种更先进的工程测量仪器，全站仪对各种地形有极强的适应能力，操作方便，测量精度更高，能够降低人工读写错误，提高工程测绘的效率。
1 全站仪的基本功能全站仪即全站型电子速测仪，能够在同一时间进行角度、距离测量和数据处理，主要是测距仪、电子经纬仪、电子补偿器、微处理机等部分组成。
全站仪在日本、欧洲等经过几十年的发展，在当下有极高的可行性与稳定性，在大型建筑与其他精密工程测量领域内有普遍的运用。
全站仪于实际应用中，在依据相应数据，进行点位设置后，在其可视距离内，一个测站上就能完成整个区域的测量放样工作。
2 全站仪误差检验的意义全站仪作为工程测量的主要仪器，测量结果有极高的正确性，但全站仪还会有发生误差的可能。
全站仪在使用的磨损等机械结构和外界条件对全站仪的影响会使测量结果发生误差问题。
当前国内的三轴误差检验措施较多，工程在进行三轴误差检验后，能够避免工程中错误的发生几率，保障工程的进度和施工质量。
3 全站仪三轴的检验方案3.1 建立测量值比对指标在对全站仪进行检验评定时，应以更高一级的精度作为相应的参照指标，外符合精度是全站仪的测量结果与参照真实值的符合程度，观测值与观测值的一致性则是内符合精度。
在普通的实验室内因条件不足，导致构建高等级的计量指标有极高的难度。
三坐标测量机测量误差分析及补偿方法的研究
三坐标测量机测量误差分析及补偿方法的研究三坐标测量机作为高精度仪器，测量误差仍然难以消除。
为了提高三坐标测量机的测量精度，选择合适的误差补偿的方法至关重要。
本文首先对三坐标测量机的测量误差进行分类，分析误差源，然后提出温度热变形补偿和动态误差补偿方法，为进一步研究补偿方法奠定了基础。
标签：三坐标测量机;准静态误差;动态误差;补偿0 引言作为精密测量仪器，三坐标测量机在产品设计、加工制造、检测等领域得到广泛的应用与推广[1]。
但在实际的测量过程中，仍然会有测量误差的产生，如测头测针磨损、测量路径选择不当等因素。
因此，分析误差源并采取合适的补偿方法，是提高测量精度行之有效的途径[2]。
1 三坐标测量机误差分类根据误差特性的不同，可将误差分为准静态误差和动态误差。
准静态误差是指由于外界因素和自身結构引起的误差，而动态误差引起的原因是多方面的，会随时间变化而变化。
2 三坐标测量机误差源分析2.1 准静态误差源分析三坐标测量机静态误差的原因是多方面的，如测量环境的温度、湿度、振动、机导向机构的运动、测头磨损，以及测量方法等不确定因素造成的[3]。
2.2 动态误差源分析三坐标测量机是一个由机体、驱动部分、控制系统、导轨支承、侧头部分、计算机及软件等组成的整体。
测量速度会随着测量任务的变化而经常性的变化，在测量过程中，会受到较大的惯性力。
由于三坐标测量机的运动部件和导轨是弱刚度性，因此运动部件会在惯性力的作用下产生偏转，测针会偏离正交位置并产生动态误差。
由于三坐标测量机的导轨支承的运动精度会随着三轴的移动速度变化而变化，在此过程中会伴随着测头接触力、测头等效半径和冲击力的变化，导致三坐标测量机的移动速度和逼近距离产生偏差，动态误差随之产生。
3 三坐标测量机误差补偿方法3.1 三坐标测量机温度补偿方法三坐标测量机温度补偿主要由三部分组成：标温下结构参数标定、温度实时采集系统和误差补偿系统。
首先测量机利用自身系统获得标准温度下的结构参数，并作为标准结构参数。
三轴转台倾角回转误差和垂直度检测方法
三轴转台倾角回转误差和垂直度检测方法
李碧政
【期刊名称】《内燃机与配件》
【年(卷),期】2022()22
【摘要】作为高精度惯性测试设备和运动仿真设备的三轴转台,主要用于惯性导航系统如陀螺、加速度计的检测和标定以及模拟飞行器在空间进行中滚转、俯仰、偏航等姿态的运动,属于精密的非标设备,其内在的机械指标(倾角回转误差、垂直度)的误差将影响被测试件的测试结果,因此对三轴转台的机械指标检测的研究工作是非常重要的。
【总页数】3页(P64-66)
【作者】李碧政
【作者单位】航空工业北京航空精密机械研究所
【正文语种】中文
【中图分类】U468.23
【相关文献】
1.轴系倾角回转误差与垂直度测量方法
2.三轴转台垂直度误差的测试与分离技术
3.三轴转台轴系相交度和垂直度的新测量方法
4.两轴稳定转台轴垂直度检测方法
5.基于最小二乘圆拟合法的三轴转台垂直度误差测试
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三坐标测量机测量误差分析，又是干货
三坐标测量机测量误差分析，又是干货作为高精度测量设备，三坐标测量机的测量误差问题一直存在，，为了进一步提高该设备的应用价值，相关学者针对三坐标测量机的各类误差，提出了相应的补偿方法，尽可能的消除各类误差，得到准确的结果。
一、三坐标测量机常见误差类型在相关理论基础上，三坐标测量机的误差类型可以分为两类，即静态误差、动态误差，其中静态误差的特点在于其误差值会始终保持在稳定水平，而动态误差则会随着存在时间的增长而增加，所以在误差补偿角度上，应当先对两种误差进行了解，再选择相应的方法。
下文将介绍三坐标测量机静态误差、动态误差的产生原因以及事例表现。
（1）静态误差。
三坐标测量机的静态误差产生原因一般在于：外部因素对设备结构造成了瞬时性影响，此类影响带来的误差因为影响转瞬即逝，所以不容易发生变化，但这一表现不代表静态误差的影响力不大，因为在通常情况下静态误差的误差值要大于动态误差的初始值，乃至动态误差经过一段时间发展后也无法超过静态误差值，所以应当对静态误差保持重视。
例如，在三坐标测量机测量当中，其测头测针存在磨损现象，此时就会形成静态误差）（2）动态误差。
三坐标测量机动态误差的产生原因有很多，例如温度、灰尘、人工等外在因素，此类误差在大部分情况下都会随着时间的延长而增加误差值，但在特殊情况下会表现出不稳定的动态化表现。
例如：在三坐标测量机测量当中，周边的温度、灰尘会随着时间累积而增长，相应引起的测量误差值也会随之增长，这即为动态误差的常规表现；在人工因素下，介于人工不稳定性的特征，其来点测量速度会不平衡，但具体表现却无法预测，由此就形成了不稳定的动态误差表现。
此外，在静态误差与动态误差的综合角度上，静态误差本身虽然不会因为时间增长而发生变化，但在其他因素条件下，其会出现动态性表现，例如测头测针磨损现象就会在长期应用当中愈发严重，这即为一种动态性表现，针对这一现象，在误差补偿中影响以当前静态误差值为基准来进行计算，以保障计算结果准确性。
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（ ４ ）
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
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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
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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）
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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