一种针对平移类误差的立式五轴转台相对空间指向误差建模方法

本发明涉及精密伺服设备的空间指向误差建模。

背景技术：

1、五轴转台是光学制导半实物仿真系统中的核心设备，其主要功能在于模拟制导武器和目标的运动，以实现制导武器和目标之间相对空间关系的仿真。随着以光学制导为主导的精确制导技术的不断发展，五轴转台在仿真领域得到广泛应用。然而，在实际仿真应用中，由于存在安装误差、机械误差、控制误差等，导致装在其上的制导武器的位置、姿态以及目标的相对位置与理想状态有所差异，从而降低了仿真系统的精度和试验结果的可信度。

2、五轴转台由两轴转台和三轴转台组合而成，其中两轴转台作为外两框，三轴转台作为内三框。外两框与内三框彼此独立，通过轴系运动可以形成各自的空间指向。当对外两框与内三框施以相同的指令时，理论上它们的空间指向应完全相同。但对于实际设备，在各种不同类别的误差作用下，将导致两者之间的相对空间指向存在偏差。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术中如何更为准确的描述五轴转台相对空间指向误差的问题，为解决上述技术问题本发明是通过以下技术方案实现的：

2、本发明提出一种针对平移类误差的立式五轴转台相对空间指向误差的建模方法，所述建模方法包括以下步骤：

3、步骤一、基于多体理论对五轴转台外两框建模，得到外两框的理想空间指向和实际空间指向，并定义相对空间指向误差；

4、步骤二、根据所述五轴转台外两框的相对空间指向误差的机械误差，分析潜在的误差项，基于所述误差项对五轴转台外两框相对空间指向误差进行建模；

5、步骤三、基于步骤二中得到的五轴转台外两框的潜在误差项，计算得出特征矩阵；

6、步骤四、化简所述外两框实际空间指向，将立式五轴转台外两框实际空间指向用向量进行表示；

7、步骤五、分别在忽略平移类误差与考虑平移类误差两种情况下，根据空间角度关系计算五轴转台外两框偏航轴、俯仰轴的实际指向与理想指向角度差的数学模型；

8、步骤六、采用内三框补偿法检验所述数学模型的准确度，完成对立式五轴转台相对空间指向误差的建模。

9、进一步的，提供一种优选实施方式，所述外两框的理想空间指向表示为：

10、rideal＝t01p.t01s.t12p.t12s.r0       (1)

11、在误差作用下，外两框的实际空间指向表示为：

12、rreal＝t01p.t01pe.t01s.t01se.t12p.t12pe.t12s.t12se.r0       (2)

13、式中，r0表示初始空间指向向量，即(1,0,0,1)t；rideal表示无误差作用下外两框的理想空间指向，即内三框的实际空间指向；rreal表示在误差作用下外两框的实际空间指向；t01p表示外两框偏航轴相对于基座的相对位置变换矩阵；t01pe表示外两框偏航轴相对于基座的相对位置误差变换矩阵；t01s表示外两框偏航轴相对于基座的相对运动变换矩阵；t01se表示外两框偏航轴相对于基座的相对运动误差变换矩阵；t12p表示外两框俯仰轴相对于外两框偏航轴的相对位置变换矩阵；t12pe表示外两框俯仰轴相对于外两框偏航轴的相对位置误差变换矩阵；t12s表示外两框俯仰轴相对于外两框偏航轴的相对运动变换矩阵；t12se表示外两框俯仰轴相对于外两框偏航轴的相对运动误差变换矩阵。

14、进一步的，提供一种优选实施方式，所述相对空间指向误差为：

15、

16、进一步的，提供一种优选实施方式，步骤二中五轴转台外两框的相对空间指向误差的机械误差包括垂直度误差、相交度误差、回转倾角误差、回转位置误差、角位置误差和机械形变。

17、进一步的，提供一种优选实施方式，所述垂直度误差、回转倾角误差以及角位置误差均为旋转类误差，相交度误差、回转位置误差为平移类误差。

18、进一步的，提供一种优选实施方式，所述步骤三中特征矩阵表示为：

19、t01p＝i4×4，t12p＝i4×4

20、

21、

22、

23、其中，a表示外两框偏航轴旋转角度，b表示外两框俯仰轴旋转角度。

24、进一步的，提供一种优选实施方式，步骤四中采用欧几里得范数对实际空间指向向量进行归一化处理。

25、进一步的，提供一种优选实施方式，步骤五中根据空间角度关系计算五轴转台外两框偏航轴、俯仰轴的实际指向与理想指向角度差的数学模型的方法为：根据下述公式分别计算外两框在不同运行角度下的两轴角度差，同时将此计算值直接补偿至内三框，

26、

27、方案二、计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于储存计算机程序，所述计算机程序执行方案一种任一项所述的针对平移类误差的立式五轴转台相对空间指向误差建模方法。

28、方案三、计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，当所述处理器运行所述存储器存储的计算机程序时，所述处理器执行根据方案一中任一项中所述的针对平移类误差的立式五轴转台相对空间指向误差建模方法。

29、本发明的有益之处在于：

30、本发明提出了一种针对平移类误差的立式五轴转台相对空间指向误差建模方法，本发明首先基于多体理论对立式五轴转台的相对空间指向进行建模并得到近似数学模型，同时基于空间几何关系将空间指向模型转换为角度差模型，再对角度差模型进行修正以保证其可以更准确的描述平移类误差，因此误差模型的准确度将直接决定误差项参数辨识精度以及最终的修正效果，本发明相较于现有的建模方法，可以更为准确的描述平移类误差。

31、本发明所述的针对平移类误差的立式五轴转台相对空间指向误差建模方法还适用于检验相对空间指向误差模型的准确度领域中。

技术特征：

1.一种针对平移类误差的立式五轴转台相对空间指向误差建模方法，其特征在于，所述建模方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的针对平移类误差的立式五轴转台相对空间指向误差建模方法，其特征在于，所述外两框的理想空间指向表示为：

3.根据权利要求1所述的针对平移类误差的立式五轴转台相对空间指向误差建模方法，其特征在于，所述相对空间指向误差为：

4.根据权利要求1所述的针对平移类误差的立式五轴转台相对空间指向误差建模方法，其特征在于，步骤二中五轴转台外两框的相对空间指向误差的机械误差包括垂直度误差、相交度误差、回转倾角误差、回转位置误差、角位置误差和机械形变。

5.根据权利要求4所述的针对平移类误差的立式五轴转台相对空间指向误差建模方法，其特征在于，所述垂直度误差、回转倾角误差以及角位置误差均为旋转类误差，相交度误差、回转位置误差为平移类误差。

6.根据权利要求1所述的针对平移类误差的立式五轴转台相对空间指向误差建模方法，其特征在于，所述步骤三中特征矩阵表示为：

7.根据权利要求1所述的针对平移类误差的立式五轴转台相对空间指向误差建模方法，其特征在于，步骤四中采用欧几里得范数对实际空间指向向量进行归一化处理。

8.根据权利要求1所述的针对平移类误差的立式五轴转台相对空间指向误差建模方法，其特征在于，步骤5中根据空间角度关系计算五轴转台外两框偏航轴、俯仰轴的实际指向与理想指向角度差的数学模型的方法为：根据下述公式分别计算外两框在不同运行角度下的两轴角度差，同时将此计算值直接补偿至内三框，

9.计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质用于储存计算机程序，所述计算机程序执行权利要求1-8任一项所述的针对平移类误差的立式五轴转台相对空间指向误差建模方法。

10.计算机设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，当所述处理器运行所述存储器存储的计算机程序时，所述处理器执行权利要求1-8中任一项中所述的针对平移类误差的立式五轴转台相对空间指向误差建模方法。

技术总结一种针对平移类误差的立式五轴转台相对空间指向误差建模方法，涉及精密伺服设备的空间指向误差建模领域。解决了现有技术中如何更为准确的描述五轴转台相对空间指向误差的问题。本发明提供以下方案，所述建模方法包括，基于多体理论对五轴转台外两框建模，得到外两框的理想空间指向和实际空间指向，并定义相对空间指向误差；分析潜在的误差项，对五轴转台外两框空间指向误差进行建模；并计算得出特征矩阵；分别在忽略平移类误差与考虑平移类误差两种情况下，根据空间角度关系计算五轴转台外两框偏航轴、俯仰轴的实际指向与理想指向角度差的数学模型；采用内三框补偿法检验数学模型的准确度。还适用于检验相对空间指向误差模型的准确度领域中。技术研发人员：张博锐,王力,李聪敏,邢宝祥,马尧,陈松林受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18