伺服系统误差分类_计算及分析

发布时间: 2020-03-16 00:28 标签：伺服系统误差计算分析分类

2006年第4期2006, No. 4电子对抗ELECTRO NIC WAR FARE 总第109期Series No. 109

伺服系统误差分类、计算及分析

赖天华

(中国电子科技集团公司第29研究所, 成都610036)

摘要通过对雷达类设备伺服系统误差分类、综合方法以及天线座轴系误差分析的介绍, 论述了常见雷达类武器装备中伺服系统精度的有关问题, 可供同行进行类似设计时参考。

关键词传动系统天线座精度误差

The Sort, Calculation and Analysis of the Error of Servomechanism

Lai Tianhua

(Southwest China Research Institute of Electronic Equipment, Chengdu 610036, China) Abstract:the sort, the integration method of the error of radar servomechanism and the error analy sis of the shafting of antenna pedestal are analyzed in this paper. Based on the analysis, the prob lems about the servomec hanism system precision of radar weapon equipment have been discussed. It can be a reference to other designers.

Keywords:driving system; antenna pedestal; precision; error

度的好坏, 将直接影响到设备的战术性能的顺利

1 概述

随着电子技术的飞速发展, 各种新体制雷达不断出现, 使得各种电子武器装备对机械传动系统提出了更高的要求。

精度, 是雷达类设备、卫星地面站以及射电望远镜等设备的一个重要技术性能指标。在它们的工作过程中, 都有机械传动系统带动天线等装置进行转动, 通过天线的运动, 达到对目标信号进行截获、跟踪、干扰的目的, 以实现武器装备的各项战术性能。因此, 机械传动系统是许多武器装备不可或缺的重要组成部分之一, 机械传动系统精

实现。

常见的雷达类电子武器装备, 其机械传动系统经常采用传统的齿轮-齿条类传动方式, 为方便起见, 我们把这种机械传动系统统称为天线座, 其传动链则简称为轴系。

2 设备误差分类

2. 1 精度指标

对于整个系统而言, 我们所关心的主要精度指标有:

跟踪精度

30 电子对抗2006年第4期

天线电轴方向与被跟踪目标方向之间的空间角定义为跟踪误差, 它反映了天线电轴对准跟踪目标的准确度。

测角精度

输出数据所指的方向与目标真实方向之间的空间角定义为测角误差, 它反映了数据读出设备指示被跟踪目标真实方向的准确度。

! 指向精度

输入指令方向与电轴之间的空间角定义为指向误差, 它反映了天线电轴转动到指定方向的准确度。

其中, 指向精度与控制系统的精度和数据转换系统的精度有关而与跟踪馈源及接收机无关; 测角精度则与控制系统、数据转换系统、跟踪馈源及接收机都有关系。2. 2 误差来源及分类

影响设备测角误差的因素很多, 按照误差的来源, 可以划分为以下几类:

跟踪误差

跟踪误差可以划分为两类:一类与设备本身有关, 主要包括瞄准轴线的安装误差和漂移, 稳态风和阵风引起的力矩误差, 中立不平衡引起的力矩误差, 伺服系统不平衡和漂移, 伺服系统的电噪声和机械噪声(即传动误差) , 接收机的噪声等等; 另一类与目标有关, 主要包括动态滞后(速度滞后和加速度滞后) 、目标反射信号的振幅和相位起伏等。

数据转换误差

这部分误差主要与设备本身有关, 设备把天线俯仰、方位转轴的角位置, 转换成计算机或其它装置可以利用的输出数据过程中产生的误差成为数据转换误差。

! 传播误差

主要是信号通过大气层的折射, 使测得的仰角大于实际的仰角。

∀仪器和测量误差

指仪器本身的误差以及由于测量方法不当而引起的误差。

, 测量元件和天线座的结构精度。主要包括天线座的水平误差, 方位标定误差, 方位轴与俯仰轴的正交误差, 风力、重力和加速度引起的结构变形, 日光照射不均匀引起的热变形, 轴承跳动, 数据传递系统的非线性和齿隙误差等。这些都是与机械结构设计有关的因素, 也是我们在天线座的结构设计中应当特别注重的问题。

3 误差性质及综合方法

3. 1 误差的性质

为了更好地描述设备的精度指标, 我们根据误差在设备测量过程中出现的特性, 把误差分为系统误差和随机误差。

系统误差是按照一定规律变化, 且在多次测量中重复出现的误差。

系统误差有的是常数, 有的可以用一定的函数关系来表达。其特征是可以预知的, 因此, 可以在设计、制造和安装调整过程中, 将系统误差控制在允许的范围之内, 或者根据已知的变化规律, 利用计算机计算出每一刻的校正值, 进行实时修正, 大部分系统误差是可以消除的, 因此, 系统误差的分析、计算在此不再赘述。

随机误差通常是由许多不能准确估计的, 并且在每次测量中通过不同方法起作用的各种因素所引起的, 因此, 任何一次测量的结果实际上都是随机变量。随机误差在单次测量中是无法做出判断的, 必需进行多次重复的测量, 才能够发现它具有宏观的统计特性。

总第109期赖天华:伺服系统误差分类、计算及分析31

在误差理论中, 通常用均方根误差作为随机误差的数字特征, 并一起作为准确度的指标。

对于正态分布的随机误差, 其分布图如图1所示。

实测误差不超过均方值的概率为68 3%, 并以3 为最大误差, 实际测量值不超过最大误差的概率为99 7%。3 2 误差的综合方法

一般在工程实践中, 设备精度均采用均方根值综合法来进行评估。

对于俯仰-方位型天线座, 其具体方法如下: 首先按照方位轴和俯仰轴分别求出各误差分量的均方根误差。

对于平均值为零的, 即为标准偏差; 对于平均值不为零的, 其均方根误差为:

=( +

其中: #平均值;

#对平均值的均方根偏差。求出方位轴和俯仰轴的均方根误差。除了彼此相关的按照代数和相加外, 各独立的误差分量均按照均方根合成:

方位总均方根误差:

A =(∃方位固定偏差+∃方位噪声误

差2) ;

12 )

关的因素。

针对于不同结构型式的天线座, 构成天线座轴系误差的因素有所不同, 必需对具体的情况进行具体分析, 才能够得到比较准确的分析结果。下面, 对我们经常使用的两轴型天线座, 即俯仰-方位型天线座影响轴系误差的主要因素进行分析。

4 1 静态误差

静态误差主要由以下因素引起: 方位轴晃动误差

这项误差主要是由于方位轴承的跳动所引起的。

天线座水平调整误差

天线座水平调整剩余误差的大小, 取决于天线座的结构刚度、水平调整装置的灵敏度以及测量仪器的精确度。

! 俯仰轴晃动误差

这项误差主要是由于俯仰轴承的晃动所引起的。

∀俯仰轴倾斜误差

这项误差主要是由于俯仰轴的左右回转中心与方位旋转面不等高所引起的。

%电轴误差

这项误差主要是由馈源晃动、反射体晃动、电性能不平衡等因素引起的。4 2 动态误差

动态误差主要是由于设备的自重、惯性载荷、风载荷、温差以及基础不均匀沉降等原因而引起的结构变形所引起的。

因此, 天线座的结构误差可以分为静态误差和动态误差两大类。

静态误差是天线座在制造和安装过程中产生的误差。其误差值可以通过一些辅助调整装置得到降低, 可以将这部分误差控制在很小的范围以内。

动态误差是在各种载荷作用下产生的误差。它的分析计算则比较复杂, 在小型天线座设计中, 可以凭经验取动态误差为静态误差的1/4~1/2;

(下转第44页)

俯仰总均方根误差:

E =(∃俯仰固定偏差+∃俯仰噪声误差2) 2;

! 方位和俯仰的均方根误差按照矢量合成的方法, 得出总均方根误差:

总均方根误差:

=( A + E

2) 。

4 天线座轴系误差分析

对不同类型的设备, 影响其精度的误差源各不相同, 有电气方面的因素, 也有结构方面的因素。在本文中, 我们主要讨论与机械结构设计有

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变潜艇与敌方鱼雷发射平台的态势, 尽可能避免两枚声自导鱼雷航向差在90&左右。

我态势迫使敌发射平台改变航向、航速, 避免使两枚来袭鱼雷的航向差在90&附近, 可以较好地减小两枚鱼雷对我艇的攻击效果。

5 结束语

参考文献

本文建立的模型为潜艇同时防御两枚声自导鱼雷时的作战方法提供了参考。对于潜艇指挥员而言, 通过以上的建模计算, 容易得知根据态势, 将其中的一枚鱼雷置于艇首或艇尾的位置, 同时远离另一枚鱼雷的防御方法效果是最好的。这是潜艇指挥员比较容易采取的防御行动, 操作起来比较方便, 符合潜艇防御作战的需要。同时, 潜艇采取纯机动方式防御鱼雷而不采取发射水声对抗器材是处于隐蔽的需要, 具体作战过程中可采取潜艇转向后适当的曲折机动来完成, 避免鱼雷或者作战平台快速解算出本艇运动要素, 也根据敌(上接第31页)

也可以在轴系误差分配中, 考虑到动态误差, 留出一定的余量。但是对于精密或大型的天线座, 动态误差则比较明显, 需要单独进行计算。

作者简介

李斌 (1981-) , 男, 潜艇学院军事运筹学2004级硕士研究生, 研究方向为军事运筹与人工智能。

高建伟 (1977-) , 男, 潜艇学院作战指挥学2004级硕士研究生, 研究方向为信息对抗。

孟范栋 (1982-) , 男, 潜艇学院军事运筹学2004级硕士研究生, 研究方向为潜艇运筹与建模分析。

1 宋志杰, 史秋亮等. 潜艇水声对抗原理与应用. 兵器工业出版社, 2002:38~39

2 R J Urick. Principles of underwater sound. 3rd edition, Mc Graw Hill, NY, 1983

因此, 通过以上的论述, 可以看出, 对于任何一个系统设备而言, 必需在明确: 系统精度的分类情况; 影响系统精度的误差因素; ! 系统误差综合方法后, 才可以系统地对系统精度指标进行分析、论证, 经过各方面的权衡、综合后, 最终才能够得到切合实际的系统精度指标分配数据; 在对天线座轴系误差产生的原因分析透彻后, 才可以进行天线座轴系的结构设计。

只有经过多次这样的分析、计算, 才能够取得切实可行的工程数据, 作为我们进行详细设计的理论依据。作者简介

赖天华 (1970 9~) , 男, 重庆大学机械工程一系毕业, 高级工程师。现从事电子设备总体结构设计和伺服传动系统设计工作。

5 工程实践

在某项目的竞标和工程方案设计中, 我们根据这种分析方法, 对设备的系统精度指标进行了详细的分析、论证, 取得了较好的系统精度分配结果, 得到了相关技术专家的肯定, 也为该项目的工程研制提供了准确的工程数据, 取得了良好的效果。

6 结束语

美国诺∋格公司考虑修改X-47B 无人战斗机设计

由美国空军和海军共同管理的(联合无人空战系统) (J-UCAS) 项目已于2006年2月下马, 在2007财年的防务预算申请中, 原J-UCAS 项目管理方之一的美国海军计划在未来5年内, 投入18亿美元进行一种(长航时、远程、低可探测性) 舰载无人机的演示验证。美国海军设想该机将主要执行持久情报/监视/侦察(ISR) 任务, 并称之为海军型UCAV, 以区别此前与美国空军合作研制的J-UCAS, 并且希望该UC AV 系统能在2018年形成初始作战能力。研制X-47B 型无人战斗机的诺∋格公司也因此正考虑修改

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