一种基于环形扩展式台面单轴转台测控系统的制作方法

本发明涉及转台测控，更具体地说，本发明涉及一种基于环形扩展式台面单轴转台测控系统。

背景技术：

1、单轴转台作为惯性器件测试、半实物仿真及精密角运动控制领域的核心设备，其台面几何精度直接决定了被测负载的姿态基准可靠性。为了适应大尺寸或多负载同时测试的需求，工程实践中常采用环形扩展式台面结构，即在主转台外围附加环形扩展台面，以增加有效安装面积。该结构能够在有限的主台面尺寸下显著提升承载能力，且便于不同规格被测件的灵活布局，已成为高精度转台设计的常见技术路线。

2、然而，环形扩展式台面在带来安装便利性的同时，也引入了独特的动态几何误差问题。由于扩展台面与主转台之间通过法兰或螺栓连接，两者之间的连接刚度有限，当负载分布不均或转台进行高速启停、变角速度运动时，扩展台面边缘会产生相对于主转台的微小倾覆和径向偏移，具体表现为台面的动态平面度（轴向翘曲）与同轴度（径向跳动）实时恶化。传统的单轴转台测控系统通常仅关注主轴的回转精度和角位置定位误差，忽略了扩展台面自身的动态变形，导致测控数据中包含不可忽略的耦合误差，尤其在惯性导航器件的高动态测试中，该误差会直接引起角位置精度漂移和重复性下降。

3、针对上述问题，现有测控系统一般采用静态标定后固定补偿或常规pid闭环调节的方法，但前者无法适应实时变化的负载与运动状态，后者缺乏对台面多点变形模态的精确感知与解耦能力。此外，常规的位移传感器布局与信号处理方法难以有效分离轴向倾斜、翘曲与径向跳动等多维误差分量，导致控制输入不完整，补偿效果有限。因此，亟需一种能够实时感知环形扩展台面动态几何误差、并实施主动抑制的测控系统，以提升转台在全工况下的综合精度与可靠性。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种基于环形扩展式台面单轴转台测控系统。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种基于环形扩展式台面单轴转台测控系统，包括如下模块：

4、感知模块，用于通过沿周向分布的复合传感器组实时采集环形扩展台面的轴向间隙与径向间隙数据，并对采集数据进行温度补偿修正及傅里叶级数拟合，提取动态平面度误差系数与动态同轴度误差系数，打包为动态误差特征向量；

5、控制模块，用于接收所述动态误差特征向量，利用卡尔曼滤波器进行状态估计，并通过预训练的径向基函数神经网络输出控制增量向量，再经软约束平滑与时延补偿后生成并行控制指令；

6、调控模块，用于接收所述并行控制指令，通过叠加电流补偿量、独立调节多个比例电磁铁的锁紧力以及驱动对称平衡质量块沿环形轨道移动，主动抑制台面动态几何误差。

7、具体的，所述感知模块包括：

8、沿周向每隔45°安装于环形扩展台面下表面的复合传感器组，每组包含一个激光三角位移传感器和一个电涡流位移传感器；

9、低速基准标定单元，用于在系统上电后控制转台以0.5°/s匀速旋转一周，记录无负载、低转速下的初始间隙值矩阵作为理想几何基准；

10、温度补偿单元，用于通过安装在转台基座和台面边缘的pt100温度传感器实时采集温度，并根据热膨胀系数对基准间隙值矩阵进行动态修正，当温差超过5℃时自动触发快速重标定。

11、具体的，所述感知模块提取动态平面度误差系数时：

12、对轴向偏差进行二阶傅里叶级数拟合，提取0阶整体倾斜系数、1阶单边翘起幅值系数和2阶马鞍形变形幅值系数；提取动态同轴度误差系数时，对径向偏差进行一阶傅里叶级数拟合，提取0阶整体偏心系数和1阶瞬时跳动幅值系数。

13、具体的，所述控制模块中的卡尔曼滤波器具有工况自适应调整功能：

14、根据当前角速度实时更新测量噪声协方差矩阵，角速度越大则测量噪声协方差越大；

15、根据负载总质量和角加速度绝对值实时更新过程噪声协方差矩阵，负载越大或角加速度越大则过程噪声协方差越大。

16、具体的，所述控制模块中：

17、径向基函数神经网络的输入层为7个节点，对应状态空间方程中的角度、角速度、三个平面度系数和两个同轴度系数；

18、隐含层为25个高斯节点；输出层为3个节点，分别对应主转台驱动电机的附加电流补偿量、环形扩展台面根部的电磁锁紧力调节量以及主动平衡质量块的位置调节量。

19、具体的，所述控制模块中：

20、软约束平滑采用加权平均方式，加权系数根据转动惯量自适应调节，转动惯量越大则当前周期控制量的权重越小；

21、所述时延补偿根据当前角速度计算补偿周期数，并采用线性外推方式预测未来时刻的控制指令。

22、具体的，所述调控模块中：

23、将附加电流补偿量叠加到主转台永磁同步电机的q轴电流环给定值上；通过环形布置于扩展台面与主转台连接法兰处的8个独立比例电磁铁，每个电磁铁采用数字pid控制，根据其所在角度位置独立调节径向与轴向锁紧压力；

24、以及通过嵌装在扩展台面下方环形轨道内的两个对称分布的主动平衡质量块，每个质量块由丝杆步进电机驱动，根据目标相位角沿周向移动以改变台面质心分布。

25、具体的，所述平衡质量块的目标相位角根据轴向偏差的一阶傅里叶系数计算，其中x方向倾斜分量对应余弦项系数，y方向倾斜分量对应正弦项系数，目标相位角为这两个系数的反正切函数值；

26、系统总质心坐标根据质量块质量、轨道半径及总质量实时计算。

27、本发明的技术效果和优点：

28、本发明通过环形分布式激光-电涡流复合传感器组与温度补偿修正基准，实现了对扩展台面轴向与径向动态偏差的全周实时感知，并采用二阶傅里叶拟合精确分离出0至2阶平面度误差和0至1阶同轴度误差，解决了传统静态标定无法适应变负载、变转速工况下台面动态几何误差实时检测的难题，为主动抑制提供了完整、高置信度的误差特征向量。

29、利用卡尔曼滤波器工况自适应调整协方差，结合径向基函数神经网络输出多目标优化控制量，通过电流力矩补偿、8个比例电磁铁独立锁紧力调节及对称质量块质心移动三种物理手段协同作用，实现了对台面动态平面度与同轴度的闭环主动抑制，可将五项动态误差系数控制在微米级阈值以内，显著提升环形扩展式单轴转台在高动态、大负载条件下的测控精度与运行稳定性。

1.一种基于环形扩展式台面单轴转台测控系统，其特征在于，包括如下模块：

2.根据权利要求1所述的一种基于环形扩展式台面单轴转台测控系统，其特征在于，所述感知模块包括：

3.根据权利要求1所述的一种基于环形扩展式台面单轴转台测控系统，其特征在于，所述感知模块提取动态平面度误差系数时：

4.根据权利要求1所述的一种基于环形扩展式台面单轴转台测控系统，其特征在于，所述控制模块中的卡尔曼滤波器具有工况自适应调整功能：

5.根据权利要求1所述的一种基于环形扩展式台面单轴转台测控系统，其特征在于，所述控制模块中：

6.根据权利要求1所述的一种基于环形扩展式台面单轴转台测控系统，其特征在于，所述控制模块中：

7.根据权利要求1所述的一种基于环形扩展式台面单轴转台测控系统，其特征在于，所述调控模块中：

8.根据权利要求7所述的一种基于环形扩展式台面单轴转台测控系统，其特征在于，所述平衡质量块的目标相位角根据轴向偏差的一阶傅里叶系数计算，其中x方向倾斜分量对应余弦项系数，y方向倾斜分量对应正弦项系数，目标相位角为这两个系数的反正切函数值；