047多子样补偿算法叉乘积简化

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对比秦书和严讲义中的圆锥误差补偿项可知,两本书的补偿略有不同。究其原因,讲义是在秦书的公式基础上对叉乘项进行简化得到的。先将讲义中的说明部分拷贝一下,如图:

什么意思呢?以三子样算法为例,秦书中的补偿项为:

9 20 Δ θ 1 × Δ θ 3 + 27 40 Δ θ 2 × ( Δ θ 3 Δ θ 1 ) \frac{9}{20} \Delta \theta_1 \times \Delta \theta_3 + \frac{27}{40} \Delta \theta_2 \times (\Delta \theta_3 - \Delta \theta_1)
展开:
(1) 9 20 Δ θ 1 × Δ θ 3 + 27 40 Δ θ 2 × Δ θ 3 27 40 Δ θ 2 × Δ θ 1 \tag{1} \frac{9}{20} \Delta \theta_1 \times \Delta \theta_3 + \frac{27}{40} \Delta \theta_2 \times \Delta \theta_3 - \frac{27}{40} \Delta \theta_2 \times \Delta \theta_1
严讲义中的公式应为:
(2) 9 20 Δ θ 1 × Δ θ 3 + 27 20 Δ θ 2 × Δ θ 3 \tag{2} \frac{9}{20} \Delta \theta_1 \times \Delta \theta_3 + \frac{27}{20} \Delta \theta_2 \times \Delta \theta_3
按照讲义中的简化方法,因为 Δ θ 2 × Δ θ 3 = Δ θ 1 × Δ θ 2 \Delta \theta_2 \times \Delta \theta_3=\Delta \theta_1 \times \Delta \theta_2 ,因此可将公式(1)简化为:
( 1 ) = 9 20 Δ θ 1 × Δ θ 3 + 27 40 Δ θ 1 × Δ θ 2 27 40 Δ θ 2 × Δ θ 1 = 9 20 Δ θ 1 × Δ θ 3 + 27 40 Δ θ 1 × Δ θ 2 + 27 40 Δ θ 1 × Δ θ 2 = 9 20 Δ θ 1 × Δ θ 3 + 27 20 Δ θ 1 × Δ θ 2 = ( 2 ) \begin{aligned} (1) &= \frac{9}{20} \Delta \theta_1 \times \Delta \theta_3 + \frac{27}{40} \Delta \theta_1 \times \Delta \theta_2 - \frac{27}{40} \Delta \theta_2 \times \Delta \theta_1\\ &= \frac{9}{20} \Delta \theta_1 \times \Delta \theta_3 + \frac{27}{40} \Delta \theta_1 \times \Delta \theta_2 + \frac{27}{40} \Delta \theta_1 \times \Delta \theta_2\\ &= \frac{9}{20} \Delta \theta_1 \times \Delta \theta_3 + \frac{27}{20} \Delta \theta_1 \times \Delta \theta_2\\ &= (2) \end{aligned}

那么这种简化可靠吗?公式(2.6-22)已经说明叉乘积的xy轴分量随时间正弦波动,z轴分量不随时间变化,只与子样数的间隔有关,下面进行简单的证明。

clear
clc
i = 1;
j = 2;
phi = 1 * pi / 180;
w = 2 * pi;
h = 0.03;
lammda = w*h;
t = 10;
for k=1:1000
    theta(k,:) = [(i-j)*(phi*lammda)^3*sin(w*(t+(i+j-1)/2*h));
        (i-j)*(phi*lammda)^3*cos(w*(t+(i+j-1)/2*h));
        -4*sin(phi)*sin(phi)*sin(lammda)*sin(lammda)*sin((i-j)*lammda)];
    i = i+1;
    j = j+1;
end
tt=1:k;
figure
plot(tt, theta(:,1));
hold on
plot(tt, theta(:,2));
figure
plot(tt, theta(:,3));
axis([1 1000 0 1e-5]);

得到图像:

前一张图是xy分量随时间变化,后一张图看得出z轴分量不随时间变化,为固定值,故可以进行这样的简化。

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