飞行器质量测量与质心定位系统的研究与实现

分类号密级UDC学位论文飞行器质量测量与质心定位系统的设计与实现作者姓名：梁彦指导教师：孟祥志副教授东北大学现代传动与数字化技术研究所申请学位级别：硕士学科类别：工学学科专业名称：机械制造及其自动化论文提交日期：2010年6月论文答辩日期：2010年7月学位授予日期：2010年7月答辩委员会主席：评阅人：东北大学2010年6月ADissertationinMechanicalDesignandTheoryDesignandRealizationofMassMeasurementandCentroidLocalizationSystemforAircraftByLiangYanSupervisor:AssociateProfessorMengXiangzhiNortheasternUniversityJune2010独创性声明本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：日期：学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后：半年□一年□一年半□两年□学位论文作者签名：导师签名：签字日期：签字日期：-I--II-东北大学硕士学位论文摘要飞行器质量测量与质心定位系统的设计与实现摘要质量特性参数是飞行器（如导弹、炮弹、运载火箭、飞机等）总体设计和飞行控制的重要参数，精确测定其质量和质心，对于准确分析飞行器搭载能力，控制飞行姿态，提高弹道、航迹控制精度，提升作战性能均具有重要的意义。开展质量特性参数测量技术研究，研发高性能质量测量与质心定位系统，是飞行器总装检测、装配调试等生产实践中的迫切需要。飞行器质量测量与质心定位技术涉及工程力学、机械设计及制造、电子、传感器、计算机等多学科技术领域，提升测量定位精度，增强可操作性、拓展适用范围是质量测量与质心定位设备研制设计中的关键要素。为此，本文从导弹类飞行器质量、质心测量工作出发，以质量非均匀大型圆柱形工件为重点试验对象，进行质量测量与质心定位系统的设计研发与功能实现，并就相关应用技术开展攻关，希望能为其它类型工件质量特性参数测量设备的研制及相关工程领域的应用提供参考和有益尝试。系统研发工作主要包括以下几方面内容：1．以提高系统的测量精度为出发点，围绕硬件设计制造和软件功能实现等重要环节开展系统的研发调试工作，构建质量质心测控系统；2．围绕机械支撑平台和传感器适配与安全防护装置的结构设计与加工对接，展开系统机械设备的研制工作，采取相应的检测、调试方法与手段，确保各组成部分的可靠适配对接，严格控制制造装配精度；针对传感器的工作特点和称重输出信号的技术特性，进行供电和信号适配电路的原理设计，实施传感器组件的组装调试，以确保其可靠工作；对称重弱电输出信号采取有效的隔离放大与抗干扰措施，保证电气接口匹配，提高工件质量测量精度；3．确立系统质心定位模型，着重完成质心解算软件的设计与功能实现；提出称重数据采集测量方案，实现对称重信号的高精度A/D差分采集，在软件模型上保证质量测量与质心定位的精度；4．针对由测量引起的随机误差和加工安装引起的系统误差，分析误差传播规律，研究各误差源对系统精度的影响；采取切实有效的标校手段和改进的测试方法，尽量减小误差影响，努力提高系统的测量精度。实际使用表明：该质量测量与质心定位系统精度可靠、价格适中，满足飞行器飞行控制研究和装配工艺要求；系统操作维护简便、测量效率显著，可同时实现工件质量测量和三维质心定位；系统结构灵活，通用性强，是多型导弹-III-东北大学硕士学位论文摘要-IV-类飞行器和圆柱形工件质量测量与质心定位的通用测量平台。关键词：飞行器；质量测量；质心定位；传感器；误差分析东北大学硕士学位论文AbstractDesignandRealizationofMassMeasurementandCentroidLocalizationforAircraftAbstractMasscharacteristicparametersareimportantparametersofaircraft(suchasmissile,shell,carrierrocketandareoplane,andsoon)intheoveralldesignandflightcontrol.Accuratedeterminationoftheirmassandcentroidhasimportantsignificanceforaccurateanalysisofaircraftcarryingcapacity,flightcontrol,enhancingcontrolaccuracyoftrajectory,improvingoperationalperformance.Theresearchinmeasurementtechniqueofmasscharacteristicparametersandhigh-performancesystemofmassmeasurementandcentroidlocalizationhasurgentneedintheaircraftproductionpracticsofgeneralassemblydetectionandassemblydebugging,andsoon.Themassmeasurementandcentroidlocalizationtechnologyofaircraftinvolvesengineeringmechanics,mechanicaldesignandmanufacture,electronics,sensors,computer,etc.Itisthekeyelementsthatascendingtheprecisionofmeasurementandlocalization,enhancingoperability,extendingscopeintheresearchanddesignofmassmeasurementandcentroidlocalizationequipment.Therefor,thelargemassnon-uniformcylindricalworkpieceswereusedasmajortestsubjectsinthemassandcentroidmeasurementofaircraft,massmeasurementandcentroidlocalizationsystemweredesignedandresearched,andrelevantapplicationtechnologywretackled.Itishopedthattheresearchcanprovidereferenceforothermeasurementequipments’researchofmasscharacteristicparametersandit’sapplicationinotherengineeringfields.Theresearchworkcarriedoutinthispaperisasfollows:1.Inordertoimprovethemeasurementprecisionofthesystem,themassmeasurementandcentroidlocalizationsystemwasconstructed,whichfocusedonthehardwaredesignandmanufactureandsoftwarefunctionrealization;2.Focusingonthestructuredesignandprocessingofmechanicalsupport,-V-东北大学硕士学位论文Abstract-VI-sensoradaptationandsafetyprotectiondevices,theresearchofmechanicalequipmentwasdeveloped,whichadoptedthecorrespondingtestinganddebuggingmethod,toensurethateachpartofreliableadaptationandcontrolmanufacturingassemblyprecision.Accordingtothesensor’sworkcharacteristicsandtechnicalcharacteristicsofweighingoutputsignal,itwasdesignedpowersupplyandsignaladaptivecircuitandimplementedassemblyanddebuggingofsensormodule,inordertoensureitsreliability.Itwasadoptedeffectiveisolationmagnifyingandanti-jammingmeasurestotheoutputsignalsofweighingweakelectricity,inordertoensuretomatchelectricalinterfacesandimprovemassmeasurementprecision;3.Thispaperestablishedcentroidlocalizationmodel,accomplishedcentroidcalculationsoftwaredesignandfunctionrealization,forwardedacquisitionandmeadurementschemeofweighingdata,realizedhigh-precisionA/Ddifferentialcollectionofweighingsignal,andensuredtheprecisionofmassmeasurementandcentroidlocalizationinsoftwarepattern;4.Accordingtotherandomerrorofmeasurementandthesystemerrorofmachiningandinstallation,itanalysederrorpropagationlaw,researchedtheeffectofeacherrorsourcetosystemprecision,andadoptedeffectivecalibrationmethodandimprovementtestmethod,inordertoreduceerrorandimprovemeasurementprecisionofthesystem.Theapplicationofthissystemshowedthat:Thesystemofmassmeasurementandcentroidlocalizationhasreliableprecisionandmoderateprice,andcansatisfytheneedsofflightcontrolresearchandassemblycraft.Itissimpleofoperationandmaintenanceandhighofmeasurementefficiency,anditcanrealizemassmeasurementandthree-dimensionalcentroidlocaliz