高准确度稳定平台的分析与设计

根据船用稳定平台高准确度稳定性的需要,设计了"粗精组合式"的两级稳定平台方案。"粗级稳定平台"采用基于二自由度挠性陀螺和加速度计的惯性稳定平台方式。由于受到陀螺本身准确度的影响,"粗级稳定平台"只能达到一个初步的稳定状态,保证目标在测量设备的视场范围内。为达到高准确度跟踪测试目的,避免由于平台基座的运动干扰而使视轴发生晃动,造成图像模糊等的影响,设计"精级稳定平台"来实现高准确度稳定功能。对粗精组合的两级稳定平台进行充分分析,并以"精级稳定平台"为例,详细介绍了其结构设计,并应用有限元软件对设计结果进行验证。     

T-Mac激光跟踪系统动态性能分析

针对基于视觉测量技术的六自由度激光跟踪仪,阐述了其工作原理及动态性能的测试方法,着重考核了T-Mac激光跟踪系统动态姿态角测量准确度。     

运动目标空间位置激光跟踪测量系统新进展

运动目标空间位置激光跟踪测量系统采用激光动态瞄准和激光干涉测距原理以及精密仪器控制技术，对空间运动目标进行跟踪并实时测量其位置和姿态。该系统是国际计量测试领域研究的前沿课题。根据测量原理，将其分为干涉法和三角法。在干涉法中，根据跟踪测量机构的数量分为一站法和多站法；三角法根据使用的跟踪原理分为光学扫描法和经纬仪法。给出了各种测量方法的准确度，并对其优缺点进行了较为详细的评述。     

基于MPC导引律的AUV路径跟踪和避障控制

针对欠驱动自主水下航行器（AUV）的三维直线路径跟踪和避障控制，基于级联控制策略设计了运动学和动力学控制器。首先，在设计运动学控制器时考虑了纵倾和艏摇角速度存在的约束，应用模型预测控制（MPC）设计了最优导引律。然后，考虑了推进器转速和舵角的饱和，应用滑模控制（SMC）技术设计了动力学控制器，从而保证了系统的鲁棒性。最后，通过仿真实验与基于视线法（LOS）导引律的传统控制方法进行了对比。仿真结果表明:所提方法不仅可以改善欠驱动AUV对三维直线路径的跟踪效果，而且可以有效减少舵角的饱和现象。      

SPC-II机器鱼平台及其自主航行实验

SPC-II型仿生机器鱼是利用尾鳍推进机理,实现机器鱼稳定、高速游动和验证机动性的一个实验平台.SPC-II不模仿某种特定鱼类的外形,而是把游动稳定性作为仿生水下航行器设计首要考虑的因素,有效克服艏摇的鱼体,使得尾鳍推进器的运动不受到干扰,同时也降低航行阻力.SPC-II长度约1.2?m,采用完全刚体耐压舱,内部安装了电池、GPS(Global Position System)和罗盘组合导航系统、2关节伺服电机推进系统,能在深度5?m内进行定深的自主航行,速度达到了2.8?kn,功耗小于250?W.对直线航行速度,转弯机动性进行了测试,并进行了长距离风浪条件下的海试.与国内外相关实验平台进行了对比,在外形、航行速度方面展现出优越性.     

面向空间抓取任务的目标轮廓跟踪方法

在空间抓取任务中,视场背景复杂,光照条件变化剧烈,而且存在相对运动。文章提出了一种新的动态轮廓特征检测跟踪方法。首先在灰度梯度法基础上,引入形状匹配、面积筛选和自适应灰度阈值调整方法,提高了轮廓提取的鲁棒性。随后,基于该提取结果,利用图像序列的时域相关约束辅助GVFSnake算法进行轮廓跟踪,提升了动态检测速度。最后,考虑到空间抓取任务的实时性需求,采用CUDA运算架构对算法进行并行化处理,并对一组序贯图像序列进行了轮廓跟踪实验。实验结果表明,此方法在CUDA平台下轮廓跟踪速率达到了10帧/s,在保证轮廓检测的准确性的基础上,明显改善了检测速度。     

基于Kalman滤波的载波跟踪环路设计

基于Kalman滤波方法提出了一种新的高动态载波跟踪环路的设计方案,用以解决高动态、弱信号条件下对载波跟踪造成的困难。文中给出了整个环路的设计方案,并详细讨论了环路中各个模块的参数传递过程。最后同FLL辅助PLL的跟踪环路进行了对比,仿真结果显示该环路在高动态状态下能够极大的改善跟踪性能。     

基于轴角转换器的高速高准确度方位测角仪

为了快速准确地进行方位角的测量,设计了以圆感应同步器、AD2S80A轴角转换器为主的方位测角仪,根据其工作原理,分析了产生的各种误差,得出存在的误差主要为一、二、四次谐波误差的结论.通过完善的电路设计,进行硬件误差干扰补偿,并采用对测量数据进行谐波分析、软件修正等技术提高了系统测角准确度,一次水平测角误差为±8″.采用动态切换技术成功地解决了系统高分辨力与高跟踪速度之间的矛盾,转速为120°/s时不丢数.系统兼有高速高准确度的特点,满足实际要求.     

准平行光远距离动态重合度的自准直测量方法研究

针对野外、远距离、动态的重合度测量要求,提出了一种准平行光自准直测量方法,即发光和接收由一台仪器完成,发出光束为准平行光,反光器件为角锥棱镜,PSD或CCD将反回光转换成电信号,并最终以角度表达重合偏差。通过静态试验验证,证明此方法原理正确,方案可行,测量距离可达公里级,测量结果具有较高的准确度。该方法为实现角度的精确跟踪及专用跟踪仪的研制奠定了基础。     

一种连翼飞行器气动和飞行力学迭代仿真方法

根据连翼布局飞行器气动力和力矩的分布特点,建立了面向其气动部件的飞行力学数学模型。将计算流体力学(CFD)和飞行力学仿真结合,采用时间步长离散,建立了一个能通过气动计算和飞行力学相互迭代来完成仿真全过程的面向连翼布局飞行器气动部件的仿真平台,并且在仿真过程中能全程监测所有部件的气动、动力学、姿态和航迹参数的变化。通过该仿真平台对不同输入信号作用下的动力学响应分析了连翼布局飞行器纵向和横侧向的动力学特性。仿真分析结果表明:该连翼布局飞行器纵向具备静稳定性,但横侧向不具备静稳定性。同时,横向和航向运动耦合明显,符合荷兰滚运动偏航及侧滑振荡明显的主要特征。所提方法可为了解连翼布局飞行器本体及飞行动力学响应特性、飞行品质和飞行安全研究等工作提供分析基础。      

气动布局参数对直升机飞行品质的影响

以UH-60A直升机为例,建立了适合于飞行品质评价的直升机非线性飞行动力学模型,对算例机模型进行配平验证,并计算了稳定性、操纵性导数.计算结果与参考数据吻合较好,证明模型可用.根据军用直升机飞行品质规范（GJB902—90）,选取的典型气动布局参数,计算了不同参数下的直升机的动态响应特性和操纵特性,分析了飞行品质对设计参数的敏感性.结果表明,旋翼高度对各项飞行品质指标都有明显的影响,降低尾桨高度能显著提升滚转操纵功效的品质等级,尾桨纵向位置是影响偏航操纵功效和偏航操纵灵敏度的主要因素.      

基于小扰动理论的桨叶叶素气动载荷计算方法

针对直升机飞行仿真应用,采用小扰动理论建立了桨叶叶素气动载荷计算方法。该计算方法集成了弹性桨叶挥舞-摆振-扭转模态,耦合了旋翼动态入流、非定常动态失速气动模型和旋翼配平模型。整个算法采用标准的状态空间格式。为验证算法,以UH-60A直升机为例,在低速和高速2种定常飞行情况下,研究了偏航流效应对旋翼气功性能的影响,结果表明高速飞行时偏航流效应对旋翼气功性能影响较大。模拟了桨盘平面诱导速度分布以及桨叶叶素气动载荷,将仿真结果与飞行试验结果进行对比验证,本文建立的方法可以准确地求解定常飞行时桨叶的非定常气动载荷,捕捉其沿方位角的变化特征,对于大速度前飞仍能适用。      

小行星着陆装置着陆动力学及着陆性能分析

小行星着陆装置实现着陆器在小行星表面的着陆,其动力学及着陆性能研究对着陆装置研制具有重要意义.基于三腿式小型着陆装置,在对其结构特点及着陆策略分析的基础上,采用Lagrange方程建立了二维着陆动力学模型,模型对着陆及翻转阶段的动力学特性进行了描述,其计算结果与仿真验证较为接近且具有一致的变化趋势.在最大允许倾角为30°的着陆面上,采用仿真分析方法对着陆装置在不同着陆速度及偏航角下的着陆性能进行了统计分析,结果表明着陆装置具有良好的着陆性能.     

大展弦比飞翼作战飞机横航向飞行品质特性

基于MIL-STD-1797A飞行品质规范,开展了针对大展弦比飞翼作战飞机滚转轴和偏航轴飞行品质特性的研究.随着控制系统对系统动态特性调节作用的日益增强,由飞机构型所引起的动态响应特性差异已变得越来越小,飞翼飞机的闭环滚转模态、螺旋模态、滚转-螺旋耦合振荡、荷兰滚模态、驾驶员座位处的侧向加速度等均可达到较好的飞行品质,但稳态配平特性主要受构型的影响,不能完全满足飞行品质的要求;分析了大展弦比飞翼作战飞机在快速滚转、侧风起降和非对称推力情形下的对滚转轴和偏航轴操纵效能的要求,由于气动构型和操纵面配置等差异,大展弦比飞翼作战飞机在完成某些飞行任务时对操纵效能的需求与常规构型的飞机存在着较大差异.     

翼尖铰接复合飞行器动力学特性研究

航空飞行器通过翼尖铰接机构复合飞行时的气动耦合效应,会造成飞机产生不同于其单独飞行时的动力学特性,出现复合飞行安全问题。为研究翼尖铰接复合飞行器的动力学特性,使用Newton-Euler方法和Robberson-Wittenburg方法建立了双机组成的翼尖铰接复合飞行器多刚体系统整体和内部的7自由度非线性动力学和运动学方程组。在气动准定常假设下建立双机复合系统非耦合气动力表达式,基于CFD方法开展复合飞行器系统的三维实体建模和非结构网格划分工作,获取复合飞行器系统的气动力数据。搭建动力学仿真平台,开展准配平方案和全配平方案下的动力学仿真。仿真结果表明:准配平方案下飞行器无法持续稳定飞行,而全配平方案下复合飞行器系统各运动参数在仿真时间内始终趋于稳定。在全配平方案下,使用小扰动假设的非解耦线性化方法重新整理7自由度动力学方程组,研究复合飞行器系统运动模态的特征值中出现的2个发散新模态,根据对应的特征向量发现2个发散模态分别由相对滚转角度和角速度主导,同时也比较分析了其他运动模态相比单机飞行时的特性变化规律。      

用于灵巧手的新型两自由度关节机构

提出并设计完成了一种用于灵巧手的两自由度关节机构,该机构用于连接灵巧手的下指节与掌骨节,使得下指节相对掌骨节同时实现屈曲和侧展2个运动.在完成两自由度关节机构设计的基础上,对该机构进行了运动学分析,并应用虚拟样机技术进行了验证.两自由度关节机构的应用将对提高灵巧手的动力学特性和简化灵巧手的结构设计起到重要的作用.      

基于PPO的移动平台自主导航

为解决强化学习算法在自主导航任务中动作输出不连续、训练收敛困难等问题, 提出了一种基于近似策略优化(PPO)算法的移动平台自主导航方法。在PPO算法的基础上设计了基于正态分布的动作策略函数, 解决了移动平台整车线速度和横摆角速度的输出动作连续性问题。设计了一种改进的人工势场算法作为自身位置评价, 有效提高强化学习模型在自主导航场景中的收敛速度。针对导航场景设计了模型的网络框架和奖励函数, 并在Gazebo仿真环境中进行模型训练, 结果表明, 引入自身位置评价的模型收敛速度明显提高。将收敛模型移植入真实环境中, 验证了所提方法的有效性。      

回收系统中的悬挂体姿态运动模式分析

建立了12自由度的物-伞系统动力学方程,采用三个欧拉角来描述悬挂体的运动姿态,总结了悬挂体姿态运动的5种基本模式和3种典型的复合运动模式;并给出了运动模式的量化描述、各个模式与刚体姿态运动欧拉角描述之间的关系。通过算例说明上述结果具有一般性,对于回收系统悬挂体的姿态分析有参考价值。     

基于一维传感器的四维力测试平台设计与分析

利用一维力/力矩传感器设计可以测量升力、滚转力矩、俯仰力矩、偏航力矩的四维测试平台.通过将3个相同的拉压力传感器并联,并利用万向节作连接件,解决了多维传感器的维间耦合误差问题,可以将3个传感器输出的力通过解耦矩阵准确无误地计算出2个力矩和1个力,从原理上完全解耦,提高了多维传感器的精度.同时此种安装方式结构简单,方便拆卸.分析了测试台的各种误差来源,并求解出误差传递函数,计算出由机械平台水平度和传感器安装误差给测试平台带来的系统误差不超过0.5%,同时分析了传感器测量精度对测试系统随机误差的影响,并计算了使用某型号传感器时的随机误差对系统整体误差的影响,验证了该方案的高精度性.