閉環(huán)軸角解算誤差分析及精度補(bǔ)償方法

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1、第35卷第1期航天返回與遙感2014年2月SPACECRAFTRECOVERY&REMOTESENSING97閉環(huán)軸角解算誤差分析及精度補(bǔ)償方法李婧康建兵(北京空間機(jī)電研究所,北京100094)摘要高精度的光機(jī)運(yùn)動(dòng)控制對(duì)空間光學(xué)遙感器的成像品質(zhì)具有重要意義。旋轉(zhuǎn)變壓器是光機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的重要角度測(cè)量元件之一,提高旋轉(zhuǎn)變壓器軸角解算精度對(duì)提高光機(jī)控制性能有重要作用。文章首先分析了閉環(huán)鑒幅式軸角解算原理,其次推導(dǎo)了由于旋變測(cè)量信號(hào)不完全理想帶來(lái)的解算誤差模型,其誤差呈正弦分布,頻率為被測(cè)信號(hào)頻率的2倍,幅值與誤差系數(shù)成

2、正比。并用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明了誤差模型的正確性。最后給出了基于模擬信號(hào)的硬件補(bǔ)償方法和基于數(shù)字信號(hào)的軟件補(bǔ)償方法。實(shí)驗(yàn)證明了補(bǔ)償措施有效,能將解算誤差降低一個(gè)數(shù)量級(jí)。關(guān)鍵詞空間光學(xué)遙感器控制系統(tǒng)軸角解算誤差分析中圖分類號(hào):TP732文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號(hào):1009-8518(2014)01-0097-06DOI:10.3969/j.issn.1009-8518.2014.01.013AnalysisandCompensationofPositionErrorBasedonLoopTrackingResolver-to-d

3、igitalConverterLIJingKANGJianbing(BeijingInstituteofSpaceMechanics&Electricity,Beijing100094,China)AbstractOptic-mechanicalcontrolwithhighprecisionisanimportanttaskforhighqualityofimageinthefieldofspaceopticalremotesensor.Resolverisoneofthemostimportantangular

4、positionmeasuringcomponentsinoptic-mechanicalmotioncontrolsystem.Theprecisionofresolver-to-digitalconverterdirectlyinfluencesoptic-mechanicalcontrolperformance.Thispaperanalysestheprincipleoftrackingloopre-solver-to-digitalconverterfirstly.Furthermoreaposition

5、accuracymodelinvolvingnonidealresolversignalcharacteristicsisdeduced.Themodelhasadistributionofsinewaveandhasafrequencytwiceoftheresolversignals.Theamplitudeofthesinewaveisproportionaltotheerrorcoefficient.Finally,themethodsformini-mizingnonidealresolversignal

6、arediscussedusingsoftwareandhardware.Theexperimentalresultsagreewiththetheoreticalanalysiswell,andprovethatmethodsofcompensationmeasureareeffectiveandtheprecisionisimprovedbyoneorderofmagnitude.Keywordsspaceopticalremotesensor;controlsystem;resolver-to-digital

7、converter;erroranalysis0引言近年來(lái)隨著對(duì)光學(xué)遙感器成像品質(zhì)要求的提高,對(duì)遙感器中光機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的精度也提出了更高的要求。作為閉環(huán)系統(tǒng)的關(guān)鍵元件,角位置傳感器的性能直接影響控制系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性、伺服帶寬和收稿日期:2013-10-1598航天返回與遙感2014年第35卷[1-2]控制精度等性能指標(biāo)。目前普遍使用的角度傳感器主要有光柵編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器和感應(yīng)同步器三[3]種。光柵編碼器雖然精度高,體積小,但耐振動(dòng)和沖擊能力差,并且易受到空間輻射作用,所以在有[4]特殊環(huán)境要求的航天器產(chǎn)品中應(yīng)用

8、受限。感應(yīng)同步器尺寸較大,且輸出信號(hào)微弱,必須采用模擬電路進(jìn)行預(yù)先放大工作,也使得其使用受到一定限制。而旋轉(zhuǎn)變壓器由于其精度高、可靠性好、安裝方便等優(yōu)點(diǎn),在航天器產(chǎn)品中廣為使用。閉環(huán)鑒幅式解算抗干擾能力強(qiáng),美國(guó)AD公司的AD2S80等芯片均是[5-6]基于此原理生產(chǎn)的單片集成軸角轉(zhuǎn)化器。它的解算原理是基于理想的旋變輸出的正、余弦信號(hào),但是實(shí)際上,由于旋變制造

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