單站式激光跟蹤坐標測量系統(tǒng)研究.pdf

1、單站式激光跟蹤系統(tǒng)是一種測量精度高、測量范圍大的三坐標測量系統(tǒng)。本文對系統(tǒng)的建模、‘鳥巢’坐標標定、誤差分析和補償、伺服控制等關鍵技術進行了研究。建成了一套具有測量功能的單站式激光跟蹤儀，為開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權的大范圍、高精度跟蹤測量產(chǎn)品奠定了基礎。所做工作總結(jié)為以下幾個方面：
　　搭建了回轉(zhuǎn)精度高、機械結(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準誤差的方法。以DSP芯片為控制核心，搭建了直流電機的

2、數(shù)字化伺服控制平臺，并編寫了便于調(diào)試的上位機軟件。為研究單站式激光跟蹤系統(tǒng)的關鍵技術創(chuàng)造了條件。
　　建立了只包含兩個未知參數(shù)的系統(tǒng)數(shù)學模型，仿真驗證了模型的正確性。
　　創(chuàng)立了采用約束球面標定‘鳥巢’坐標的原理。克服了現(xiàn)有的直線約束標定法和平面約束標定法原始誤差大、誤差傳遞系數(shù)高、抗噪性能差、收斂域較窄的缺點。
　　設計了采用三坐標測量機和RenishawQC20-W球桿儀對‘鳥巢’坐標進行球面約束標定的實驗裝置。實

3、驗結(jié)果表明球面約束標定法比直線約束標定法和平面約束標定法標定精度更高。
　　分析了單站式激光跟蹤系統(tǒng)的各項誤差源并提出了誤差補償方案。建立了包含回轉(zhuǎn)軸線異面距離和鏡面安裝偏心的標定模型和誤差補償模型。對誤差補償方法進行了仿真和實驗。實驗結(jié)果表明，誤差補償后系統(tǒng)的測量精度提高了38％。
　　推導了激光跟蹤系統(tǒng)的位置敏感元件對目標鏡位移的運動感知數(shù)學模型，實現(xiàn)了跟蹤系統(tǒng)兩回轉(zhuǎn)軸跟蹤量的解耦。
　　在復合控制的基礎上，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。實驗結(jié)果表明綜合控制器使系統(tǒng)跟蹤目標時的脫靶量相對于復合控制器減小了80%，跟蹤速度提高了35%。
　　對本文所建立的跟蹤控制系統(tǒng)進行了跟蹤范圍測試實驗、重復性精度檢測實驗、單軸測量精度檢測實驗、綜合測量實驗以及不同目標鏡的光程差檢測實驗。實驗結(jié)果表明，跟蹤系統(tǒng)能夠在3.2m的范圍內(nèi)對以高達0.5m/s速度運行的目標實現(xiàn)跟蹤測量。與雙頻激光干涉儀的對比測長實驗表明，系統(tǒng)在3.2m內(nèi)的測