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基于计量圆光栅的舵偏角测量系统的研制

作　者: 任周唱
导　师: 彭宇
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: 舵偏角计量圆光栅舵偏角采集装置以太网接口通讯
分类号: TJ765.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

空气动力控制类导弹依靠舵机控制系统控制舵面的偏转角度从而控制导弹的飞行姿态和飞行轨迹，因此，在导弹生产、调试以及检验过程中需要准确测量舵面的实际偏转角度（简称舵偏角）以验证舵机的控制性能。舵偏角测量系统的研制即是为了测量并记录导弹的舵偏角，从而为舵机控制系统的性能验证和评估以及后续技术改进提供重要的依据。本文在进行详细的需求分析基础上，并结合计量圆光栅在进行角度测量方面具有测量精度高、范围广、抗干扰能力强等优点，提出并论证了基于计量圆光栅的舵偏角测量系统总体设计方案，完成了舵偏角测量系统的软、硬件设计。硬件设计方面，重点阐述了系统中关键单元的设计和关键技术，并对圆光栅安装方法、参考零位设计、转动惯量设计以及光栅信号处理技术、高速缓存SDRAM技术、以太网接口通讯技术等进行了分析；软件设计方面，根据系统功能及硬件层次结构，将舵偏角测量系统软件划分为FPGA固件、单片机软件、测试计算机应用软件三个层次，并详细介绍了各个软件的设计过程和工作流程。最后，本文针对计量圆光栅安装偏心对测量精度的影响作了详细分析，并通过同轴度标校、系统零位标校和光栅脉冲比例因子标校对舵偏角测量系统进行标校。最后，通过大量测试和评估实验证明，本文所研制的舵偏角测量系统实现了某舵面舵偏角的自动化测量，并具有设备安装方便，性能稳定，达到了测量精度优于0.05o、角度测量范围为-40o~+40o、测量的舵面转动速度高于500o/s等技术指标，系统的其它各项指标也符合设计要求和用户使用要求。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-18
  1.1 课题来源及研究的目的和意义  9-10
  1.2 舵偏角测量方法的研究现状  10-13
    1.2.1 基于舵角指示器测量  10
    1.2.2 基于舵电位计测量  10-11
    1.2.3 基于光电旋转编码器测量  11-12
    1.2.4 基于光学视觉测量  12
    1.2.5 基于计量圆光栅测量  12-13
  1.3 计量圆光栅及其研究现状  13-17
    1.3.1 计量光栅的工作原理  13-14
    1.3.2 计量圆光栅角度测量原理  14-16
    1.3.3 计量圆光栅的技术现状  16-17
  1.4 主要研究内容及章节安排  17-18
第2章舵偏角测量系统方案设计  18-30
  2.1 需求分析  18-20
    2.1.1 舵面工作方式简介及技术指标  18
    2.1.2 舵偏角测量系统的主要功能  18-19
    2.1.3 舵偏角测量系统的主要技术指标  19-20
  2.2 舵偏角测量系统总体方案设计  20-21
    2.2.1 设计原则  20
    2.2.2 总体方案设计  20-21
  2.3 舵偏角测量系统硬件设计方案  21-28
    2.3.1 传感器及测量支架方案设计  21-24
    2.3.2 舵偏角采集装置方案设计  24-28
  2.4 舵偏角测量系统软件设计方案  28-29
    2.4.1 系统软件组成  28
    2.4.2 软件开发方案  28-29
  2.5 本章小结  29-30
第3章舵偏测量系统硬件设计  30-44
  3.1 舵偏角测量支架结构设计  30-35
    3.1.1 总体结构设计  30-31
    3.1.2 参考零位设计  31-32
    3.1.3 转动惯量设计  32-33
    3.1.4 同轴度设计  33-35
    3.1.5 理论测量精度分析  35
  3.2 舵偏角采集装置硬件设计  35-43
    3.2.1 舵偏角采集装置总体方案设计  35-36
    3.2.2 信号调理电路设计  36-38
    3.2.3 脉冲解析电路设计  38-41
    3.2.4 外部数据存储单元设计  41-42
    3.2.5 液晶显示单元设计  42
    3.2.6 以太网接口通讯单元设计  42-43
  3.3 本章小结  43-44
第4章舵偏角测量系统软件设计  44-62
  4.1 FPGA 固件设计  44-50
    4.1.1 逻辑总体设计  44-45
    4.1.2 单片机接口模块设计  45
    4.1.3 脉冲计数模块逻辑设计  45-47
    4.1.4 存储模块逻辑设计  47-50
  4.2 单片机软件设计  50-57
    4.2.1 单片机软件总体设计  50-51
    4.2.2 单片机软件主程序流程  51-52
    4.2.3 舵偏角计算和显示程序设计  52-53
    4.2.4 以太网接口通讯程序设计  53-56
    4.2.5 命令解析程序设计  56-57
  4.3 测试计算机应用软件设计  57-61
    4.3.1 应用软件框架设计  57-58
    4.3.2 应用软件主程序流程  58-59
    4.3.3 以太网接口通讯程序设计  59
    4.3.4 舵偏角采集装置控制程序设计  59-60
    4.3.5 数据处理软件设计  60-61
  4.4 本章小结  61-62
第5章舵偏角测量系统标校与验证  62-76
  5.1 舵偏角测量系统误差分析  62-64
    5.1.1 测量系统误差的主要来源  62
    5.1.2 偏心误差对测量误差的影响  62-64
  5.2 舵偏角测量系统标校  64-72
    5.2.1 计量圆光栅同轴度标校  64-67
    5.2.2 系统零位标校  67-69
    5.2.3 脉冲比例因子标校  69-72
  5.3 实验验证  72-75
    5.3.1 机械零位测试验证  73
    5.3.2 舵偏角测量验证  73-75
  5.4 本章小结  75-76
结论  76-77
参考文献  77-81
附录  81-83
致谢  83-84

基于计量圆光栅的舵偏角测量系统的研制

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