大尺寸飛行器質量特性測量關鍵技術研究.pdf

1、飛行器的質量特性參數(shù)包括質量、質心、轉動慣量和慣性積，這些參數(shù)的準確測量是人們精確控制飛行器的前提，因此質量特性參數(shù)測量一直以來受到各國的重視。近年來隨著軍工國防事業(yè)的發(fā)展，飛行器在尺寸和形狀上都有著前所未有的突破，由此引發(fā)了對大尺寸飛行器相關技術的研究，其中就包括質量特性參數(shù)測量技術。
　　為提高大尺寸飛行器質量特性參數(shù)測量精度，本文從測量方法改進及優(yōu)化技術、稱重傳感器標定技術、位姿誤差修正技術三方面進行了研究，具體內容如下：<

2、br>　　針對傳統(tǒng)測量方法在大尺寸飛行器質心測量過程中的缺陷，提出了質心柔性測量方法。該方法通過引入三維坐標測量設備，利用其整平功能和精確測量空間目標位置的優(yōu)勢，能夠有效對待測件某姿態(tài)下重力線方程進行精確補償，進而在測量臺整平、加工、裝配誤差較大時仍然能夠準確測量質心。實驗證明了柔性測量方法能夠解決傳統(tǒng)方法在測量大尺寸飛行器質心時易產生較大誤差的問題。
　　采用慣性橢球法測量質心坐標系下轉動慣量和慣性積需要待測件在6種姿態(tài)下進行扭

3、擺測量?？紤]姿態(tài)誤差對于計算結果的影響，若任選6種姿態(tài)，則微小的姿態(tài)誤差可能會對計算結果產生極大的誤差，因此對測量姿態(tài)進行了最優(yōu)分析，提出了基于最優(yōu)姿態(tài)的轉動慣量和慣性積測量方案。實驗驗證了利用該方案能夠將姿態(tài)誤差對計算結果的影響降至最小，因此能夠有效防止計算結果產生失真，從而提高測量精度。
　　多稱重傳感器在線標定技術是質量特性參數(shù)測量的關鍵技術之一。針對數(shù)字量求和標定法在標定過程中經常遇到不適定問題的情況，首先從直接解算病態(tài)標

4、定方程的角度考慮，采用基于嶺型主成分估計的解算方法。該方法能夠充分利用標定方程所提供的有用信息，去除冗余信息的干擾，降低標定方程的病態(tài)程度，從而提高解算精度；然后從避免產生不適定問題的角度出發(fā)，提出了基于條件數(shù)最小化的數(shù)字量求和標定法。該方法能夠保證在不損失任何信息的情況下，使標定方程設計陣的條件數(shù)接近于最小值，從而在保證標定穩(wěn)定性的同時提高了標定精度。
　　研究了基于運動學的測量位姿誤差修正技術，首先對整個機械結構進行運動學建模

5、，并建立了基于位姿誤差的運動學參數(shù)標定方程，通過標定機械結構的幾何參數(shù)，實現(xiàn)了對測量位姿誤差的修正。然后，為提高標定效率和標定精度，設計了利用最優(yōu)構型進行標定的方法，并建立了最優(yōu)標定構型的判定依據(jù)，提出了利用改進粒子群算法對最優(yōu)標定構型進行搜索的方法。最后通過實驗驗證了利用改進粒子群算法能夠準確得到最優(yōu)標定構型，并且利用在最優(yōu)標定構型下標定得到的幾何參數(shù)能夠準確修正位姿誤差。
　　針對某大尺寸飛行器質量特性測量的需要，研制了一套大