單站式激光跟蹤坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)研究.pdf

1、單站式激光跟蹤系統(tǒng)是一種測(cè)量精度高、測(cè)量范圍大的三坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)。本文對(duì)系統(tǒng)的建模、‘鳥(niǎo)巢’坐標(biāo)標(biāo)定、誤差分析和補(bǔ)償、伺服控制等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。建成了一套具有測(cè)量功能的單站式激光跟蹤儀，為開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大范圍、高精度跟蹤測(cè)量產(chǎn)品奠定了基礎(chǔ)。所做工作總結(jié)為以下幾個(gè)方面：
　　搭建了回轉(zhuǎn)精度高、機(jī)械結(jié)構(gòu)誤差小的激光跟蹤系統(tǒng)。提出了根據(jù)反射光軌跡調(diào)節(jié)跟蹤轉(zhuǎn)鏡位置誤差和光線對(duì)準(zhǔn)誤差的方法。以DSP芯片為控制核心，搭建了直流電機(jī)的

2、數(shù)字化伺服控制平臺(tái)，并編寫(xiě)了便于調(diào)試的上位機(jī)軟件。為研究單站式激光跟蹤系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)造了條件。
　　建立了只包含兩個(gè)未知參數(shù)的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，仿真驗(yàn)證了模型的正確性。
　　創(chuàng)立了采用約束球面標(biāo)定‘鳥(niǎo)巢’坐標(biāo)的原理。克服了現(xiàn)有的直線約束標(biāo)定法和平面約束標(biāo)定法原始誤差大、誤差傳遞系數(shù)高、抗噪性能差、收斂域較窄的缺點(diǎn)。
　　設(shè)計(jì)了采用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)和RenishawQC20-W球桿儀對(duì)‘鳥(niǎo)巢’坐標(biāo)進(jìn)行球面約束標(biāo)定的實(shí)驗(yàn)裝置。實(shí)

3、驗(yàn)結(jié)果表明球面約束標(biāo)定法比直線約束標(biāo)定法和平面約束標(biāo)定法標(biāo)定精度更高。
　　分析了單站式激光跟蹤系統(tǒng)的各項(xiàng)誤差源并提出了誤差補(bǔ)償方案。建立了包含回轉(zhuǎn)軸線異面距離和鏡面安裝偏心的標(biāo)定模型和誤差補(bǔ)償模型。對(duì)誤差補(bǔ)償方法進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，誤差補(bǔ)償后系統(tǒng)的測(cè)量精度提高了38％。
　　推導(dǎo)了激光跟蹤系統(tǒng)的位置敏感元件對(duì)目標(biāo)鏡位移的運(yùn)動(dòng)感知數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)了跟蹤系統(tǒng)兩回轉(zhuǎn)軸跟蹤量的解耦。
　　在復(fù)合控制的基礎(chǔ)上，為控制

4、系統(tǒng)的位置環(huán)添加模糊調(diào)節(jié)器，建立了綜合控制器。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明綜合控制器使系統(tǒng)跟蹤目標(biāo)時(shí)的脫靶量相對(duì)于復(fù)合控制器減小了80%，跟蹤速度提高了35%。
　　對(duì)本文所建立的跟蹤控制系統(tǒng)進(jìn)行了跟蹤范圍測(cè)試實(shí)驗(yàn)、重復(fù)性精度檢測(cè)實(shí)驗(yàn)、單軸測(cè)量精度檢測(cè)實(shí)驗(yàn)、綜合測(cè)量實(shí)驗(yàn)以及不同目標(biāo)鏡的光程差檢測(cè)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，跟蹤系統(tǒng)能夠在3.2m的范圍內(nèi)對(duì)以高達(dá)0.5m/s速度運(yùn)行的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)跟蹤測(cè)量。與雙頻激光干涉儀的對(duì)比測(cè)長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)表明，系統(tǒng)在3.2m內(nèi)的測(cè)