测试转台的研究现状及发展趋势

花新峰 武 祎 西安建筑科技大学信息与控制工程学院陕西西安 710055

【文章摘要】

由于航空、航天技术的发展依赖于惯性导航与制导系统，因而惯性元件的好坏直接影响导航与制导系统的品质，转台作为惯性元件测试的重要设备，已经广泛应用于航天、航空以及国防军事等领域，本文主要论述了测试转台的国内外发展状况及发展趋势。

【关键词】

转台；惯性元件；精度

航空航天技术是上世纪后期兴起的现代科学技术，自其形成以来，一直汲取基础科学和其他应用科学领域的最新成就，高度综合了工程技术的最新成果。时至今日，航天航空技术水平的高低，已经不仅仅是一个国家科学技术水平的显现，它更多的是作为一个国家综合国力的象征。因此各个国家都投入大量的资金以及科研力量进行航空航天技术的研发。

在航天航空技术中，导弹技术对于一个国家的重要性是不言而喻的，而拥有高性能和高可靠性的惯性导航与制导系统，在导弹技术中又是重中之重。在惯性导航系统的研发中，对惯性元件进行测试是十分重要的，但是进行实物打靶试验会耗费大量的经费，所以在科研中经常使用半实物的仿真试验。而转台作为惯性元件的重要测试设备，它的精度会直接影响测试的准确性和可靠性。

因此对于转台的性能研究是具有很强的应用价值和重大意义的。

2 国外转台的研究发展现状

由于惯性制导技术在军事上的重要性，所以发达国家都对此研究花费了很大的精力。在众多研究转台技术的国家中，美国一直处于世界领先水平，远超英国、法国、俄罗斯等国家。

美国从上世纪四十年代就已经开始进行转台技术的研究工作，美国麻省理工学院在1945 年研制出了A 型转台，这是世界上第一台转台，采用的是普通滚珠轴承和交流电机驱动，由于这个转台技术并不成熟，所以并没有投入使用。随着制造加工业水平的提高，转台的测量精度也逐步提高。在1954 年，麻省理工学院研制出了D 型转台，并加以改进，于1968 年研制出E 型转台，定位的精度达到3"，可以说麻省理工学院开创了美国转台技术的先河，甚至是全球范围内的先行者。

到70 年代末，CGC 公司成功研制出51 系列转台，采用双轴式气浮轴承，其精度可达到1" 以内。随后又研制出53D、53E、53G 型转台，均为多轴转台系统， 以上系列的多轴测试转台在控制上均采用了 MPACS30H 系列模块化精密角度控制系统(Modular Precision Angular Control System)，这标志着转台已经进入计算机控制和自动化的阶段。1984 年。CGC 公司提出了三轴台ITATT 的设计制造方案，其指向精度可达0.1"，其测试精度之已高达到了当时其他惯性导航测试仪器的几十倍。进入21 世纪，CGC 等多家公司合并组建了Acutronic 公司，成为现今技术实力最强的转台研发生成公司，其技术一直处于世界领先水平，其产品也成为全球市场占有率最高的转台产品。

3 国内转台的研究发展现状

相对于美国等发达国家，我国开始进行转台技术的研发工作很晚，一直到60 年代中期年才开始进行。虽然开始的比较晚，但是我国转台技术的发展还是很快的，从1966 年第一台DT-1 单轴转台研发成功开始，在随后的十几年内，相继研发出“7191”双轴空气轴承转台、SSFT 伺服转台等，在提高精度、简化操作、功能扩展、提高可靠性等方面做了很多改进，并于1992 年研究出我国第一台高精度三轴转台SGT-1 型三轴台，由计算机参与控制，大大提高控制精度和测试自动化水平，为我国惯性导航元件提供了高精度的测试。

哈尔滨工业大学于2004 年研制出我国首台卧式高精度转台，SCT-1 三轴精密测试转台。随后由航空部303 所研制的 SJT-1 三轴精密转台，是国内首台包含动态测试、静态测试和温度测试的高性能捷联惯导综合测试三轴台，其总体性能均达到目前世界上同类产品的先进水平。

我国的转台技术虽然起步较晚，但是发展速度比较快，目前哈工大仿真中心、哈工大惯导中心、航空303 所等单位都已达到世界先进水平，为国内提供了大量的仿真和测试转台。通过技术指标的对比可以看出，我国转台技术与美国等发达国家还是有一些差距的，主要问题在控制技术、传感器的精度和动态性能、驱动设备的低速性能等方面。

4 转台的发展趋势

近些年来随着科技的发展，各种武器装备的发展速度也十分迅猛，随之而来对于转台技术的精确性要求也在不断的提高。因此，未来对于转台技术的主要发展方向就是提高精度及自动化水平，同时降低生产成本。转台技术的发展趋势可归结为以下几点：

（1）简化转台，降低转台多用性，以便提高精度；

（2）使用新型材料，利用新型材料的特性，并提高制造工艺水平，从而提高转台的精度；

（3）应用计算机控制，提高自动化水平，利用计算机的准确性对误差进行反馈和补偿；

（4）使转台技术系列化，可以有效的减少成本和人员培训的周期，缩短研发时间。

为了提高转台控制系统的精度，除了对转台本身元器件的精度研究提高，对于先进控制方法的研究也必不可少。由于模拟电路的噪声、漂移等现象对控制系统都会产生很大影响，因此需要使用数字控制系统。数控系统的结构简单，其精度不会受到噪声、漂移的影响，可以有效的提高精度，所以模拟控制系统必将被数控系统所取代。下面介绍几种常用的转台控制方法：

（1）PID 控制，传统的PD 或PID 控制不仅结构简单、可靠性也很高以，同时具有良好的稳定性等优点，但是只适合用于负载低、扰动小且非线性因素小的系统。

（2）复合控制，复合控制可大大提高系统的控制精度。

（3）自适应控制，适用于对象特性或扰动特性变化范围较大，且性能指标要求较高的控制系统。

（4）智能控制，是控制理论发展的高级阶段，主要用来解决那些传统控制方法难以解决的复杂系统的控制问题。

无论使用哪种控制策略，都是为了让转台控制系统达到更高的性能指标要去， 最大程度的提高系统整体精度。所以，对转台这样复杂的控制系统，通常都要结合多种控制方法来弥补单一控制方法的不足之处。

【参考文献】

[1] 任倩倩. 某三轴转台控制方法研究[D]. 哈尔滨工业大学,2012.

[2] 傅楚楚. 转台自校正PID 控制系统设计[D]. 哈尔滨工业大学, 2009.

[3] 李星善. 实验转台控制系统设计与实现[D]. 哈尔滨工业大学, 2007.

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