基于机器视觉的高精度顶桥施工位姿测量系统

分析了现有的顶桥施工中位姿测量系统的特点,指出其目前存在的主要问题.针对这 些问题和现场需求,基于计算机视觉反馈理论,设计了一种由CCD传感器、激光准直仪和倾 角传感器组成的新型高精度光电测量系统.在建立了相关数学模型的基础上,搭建了硬件系 统,给出了视频采集、图像处理和多串口通信等关键技术的具体实现方法,完成了各功能模 块的软件开发.该测量系统具有精度高、实时性好、操作简单、维护方便和成本低廉的优点 ,能够替代以往效率低下的人工测量方式,而且其实现方法为其他大型施工测量系统的设计 提供了新技术.      

导弹数字化对接系统动态测量算法设计及对接试验研究

针对我国导弹生产过程中舱段对接精度差、效率低且一致性差的问题,提出了一种结合激光跟踪仪及Steward平台的导弹数字化对接系统。在基于激光跟踪仪的动态测量方面,提出采用阵列靶球和T-Probe相结合的测量方式,通过对阵列靶球的测量获得高精度基准,通过对T-Probe的测量实现动态测量,从而实现对导弹舱段的高精度且高动态测量。基于所提出的导弹数字化对接系统,进行了导弹舱段数字化对接试验。试验结果表明,导弹舱段间导向销的径向峰值偏差为0.26mm,姿态峰值偏差为0.015°,能够满足导弹对接导向销的安全对接条件,对接时间小于25秒,提高了导弹舱段对接的精度及效率。     

飞翼布局飞机控制/气动/隐身多学科优化设计

飞翼布局是先进飞机广泛应用的布局形式.飞翼布局飞机总体设计阶段不仅要考虑其隐身和气动要求,还必须高度重视控制系统的影响.以飞翼布局飞机为对象,研究控制、气动与隐身多学科优化的策略和方法.建立了适合在各学科的子空间进行多目标优化的流程,基于学科分析分配各个子空间的设计变量,并通过变量综合形成系统级的设计变量.在优化过程中,综合采用了改进的遗传算法和近似模型构造方法.针对飞翼布局飞机的特点,采用基于控制分配的控制系统结构,以时域指标作为控制学科的优化目标和约束条件.优化结果验证了所用方法的有效性,为将控制学科纳入飞翼布局飞机多学科优化提供了可行的途径.     

基于直线光路布局的纹影法测量火焰温度

测量火焰不同位置的温度对研究火焰结构具有重要意义.目前纹影法测量火焰温度多采用Z型布局的光路.为了在未来空间实验中将纹影法与其他光学方法集成开展多类型实验观测，摒弃了纹影法传统的Z型光路，采用直线型光路布局，针对光源、透镜、刀口切割量等因素对纹影系统灵敏度的影响开展研究，优化了直线型纹影系统.以蜡烛火焰为研究对象，对优化后的纹影系统进行标定，观测了其纹影图像，计算了蜡烛火焰中多处位置的火焰温度，并将计算结果与实测结果进行比较.结果表明，采用本研究设计的直线型纹影系统可以实现对火焰温度的精确测量.      

协同体制被动毫米波成像系统天线阵布局优化

针对人体安检应用中的高分辨率实时成像需求,分析了被动毫米波成像系统中相控阵体制与综合孔径体制的关系,结合两者优势提出了一种协同体制被动毫米波成像系统.针对水平方向相控阵体制布局,利用模拟退火算法进行优化,提出采用不同孔径喇叭天线作为阵列单元的方式提升阵列性能,并对主波束效率最大化及副瓣电平最平坦两种准则下的优化结果进行比较;针对竖直方向综合孔径体制布局,设计了满足基线不缺失条件的冗余度最平均稀疏阵列布局.仿真分析结果表明优化后的阵列天线结构可满足被动成像中提升功率测量信噪比(SNR)的需求.      

基于抗差自适应滤波的轨道在线检测

针对测量机器人在大型导轨检测中的应用设计了一套动态跟踪检测系统。由于受各种干扰的影响,系统测量得到的测量值与目标真实状态往往不尽相同,因此提出了一种基于Singer模型的抗差自适应滤波算法。首先,采用Singer模型建立目标的运动模型;在此基础上,发展了抗差自适应滤波技术来进行在线测量数据处理;最后,进行了轨道检测的跟踪测量应用。结果证明,该系统未经滤波处理时的测量误差能够达到mm级,通过滤波能够对测量数据进行平滑处理,准确定位误差点,降低了检测误差,能够满足长轨道在线检测的准确度要求。     

一种新的四路激光跟踪坐标测量系统的基点标定方法

在激光跟踪三维坐标测量系统中,系统首先要经过标定,才可以进行实际测量。因此系统标定的准确度会直接影响系统最终测量准确度。为了提高标定准确度,提出一种新的标定方法,即利用直线法原理,在优化布局下,采用两路激光干涉仪测量出基点的三维坐标。仿真结果表明目标点相对于基点呈对称分布时,测得的基点坐标准确度比非对称分布时高6到7倍,并通过实验得出了在该优化布局下的基点坐标。     

工作域优化布局设计中的知识库系统

介绍了一种用于工作域优化布局设计中的知识库系统，系统利用ＣＡＤ技术进行工作域内仪器、仪表的实体建模。以人体测量数据为依据，按照人机工效最佳的原则，采用遗传算法进行工作域布局的优化设计。     

光电跟踪仪激光测距器性能检测方法研究

介绍了光电跟踪仪激光测距器的特点,提出了其重要性能指标一测距能力和精度的检测方法。采用半实物仿真技术测试反映测距能力的消光比参量;采用精密延时法,实现了测距精度的测量。检测装置的耦合透镜部件放置于平行光管靶面,容易与测试光电跟踪设备其它模块的装置进行集成。     

发动机尾焰微波衰减测试方法研究

基于发动机试验环境,研究了发动机尾焰微波衰减的测试方法,搭建了一套微波衰减测试系统,能够实现多频点测量,并对发动机尾焰微波衰减测试系统的研究路线、测试原理、硬件组成、现场布局、测试系统定标技术、测量设备不确定度、试验结果进行了介绍;试验结果表明,该测试系统具有较好的测试效果,测试精度能够满足要求。经过现场试验获得大量实测数据,通过有效的数据处理,能够预估发动机尾焰对微波信号传输的影响。     

爬壁机器人气动位置伺服控制研究

针对高层幕墙清洗作业的特点,设计并实现了新型全气动爬壁机器人系统.为解决气动系统低刚度和非线性的特点,针对机器人气动结构中两个主运动气缸的运动定位问题提出了一种分段变结构bang-bang控制方法,并应用于气动脉宽调制高速开关阀控气缸位置伺服,实验及应用结果表明该方法使得控制性能得到明显改善,满足使用要求.      

基于非线性干扰观测器的航天器相对姿轨耦合控制

针对带挠性附件的服务航天器在近距离逼近失控目标航天器时的控制问题，考虑由于推进安装偏差导致的姿轨耦合，通过选用相对位置和相对姿态四元数作为状态向量，建立了服务航天器与失控目标航天器的相对位置和姿态动力学方程。考虑服务航天器的挠性附件影响，挠性振动可以视为位置和姿态控制系统微分有界的干扰。基于反馈线性化方法提出了非线性反馈控制律，设计了非线性干扰观测器，用于补偿可建模干扰，并基于所提非线性反馈控制律和非线性干扰观测器设计了复合控制器，其中非线性干扰观测器用于补偿挠性附件产生的干扰。数字仿真及半物理实物闭环验证表明，利用所设计的复合控制器能够有效补偿干扰，同时在对失控目标航天器跟踪时具有很好的鲁棒性。      

基于多轴同步控制的微尺度双向加载实验系统

针对目前微细成形中材料屈服、强化行为实验研究的不足,提出通过建立多轴同步控制的微尺度双向加载实验系统,实现超薄板在复杂加载路径下的性能表征测试。双向加载实验系统基于四轴独立驱动的硬件组成和上、下位机分布式控制策略,采用数字散斑测量（DIC）计算实验过程的应变。通过建立交流永磁同步电机（PMSM）控制模型,辨识了速度闭环控制参数。在非线性PID控制方法实现单轴位置闭环控制的基础上,基于虚拟主轴法实现了不同位移/载荷比例条件下的四轴同步运动。双向加载实验结果表明:同步控制精度满足位移小于等于0.02 mm、载荷小于等于0.05 kN的要求,可用于超薄板微尺度屈服和强化行为的实验研究。      

阀控电液位置伺服系统非线性鲁棒控制方法

为了解决电液伺服跟踪控制中存在流量非线性以及参数不确定问题,以阀控液压马达为对象设计了一种非线性鲁棒控制器.该算法基于Back-Stepping的设计思想,将阀控电液系统的位置跟踪问题转化为系统负载流量规划问题,仅需一步反步递推,即可完成控制器设计,具有较强的工程实用性.该算法综合考虑了制约电液位置系统跟踪精度的流量非线性以及系统参数不确定性问题.理论证明了该算法的稳定性.通过和传统PID(Proportional-Integral-Derivative)控制器的对比试验表明,基于该控制器,系统跟踪性能得到了显著提升.     

空间机动目标的跟踪和定位

轨道机动控制过程中，推力加速度的不确定性是机动目标运动的主项摄动。通过对推力加速度和机动目标运动建模，在地心惯性系建立了增广系统状态动力学模型，在地平测量坐标系建立了离散量测模型，同时讨论了机动目标增广状态非线性动力学模型的线性化问题。给出了扩展卡尔曼滤波实时估计增广状态向量的算法，仿真分析证明所述算法稳定、收敛，对机动目标具有较高的定位精度。     

电液负载敏感位置伺服系统自抗扰控制方法

针对电液负载敏感系统中泵阀控制的耦合问题，提出了一种基于自抗扰算法的解耦控制方法。首先，根据系统原理建立了负载敏感系统的状态空间模型。其次，针对阀控和泵控子系统分别设计了位置自抗扰控制器（ADRC）和压力自抗扰控制器，将2个系统间的动态耦合作用以及外部干扰和不确定性视作总扰动进行估计并给予补偿。最后，基于AMESim和MATLAB联合仿真平台进行了仿真分析。结果表明:所提的控制方法能够消除阀控子系统和泵控子系统的强耦合作用，提高系统的控制精度和鲁棒性。另外，在动态性能和节能效率方面与纯阀控和泵控系统进行对比分析，仿真结果表明:基于自抗扰控制的负载敏感系统的动态性能优于泵控系统，系统能效相对于阀控系统也有较大提升。      

压电式高速开关阀控液压缸位置系统

针对开关阀控液压缸位置分辨率低、响应慢的问题,设计了压电式高速开关阀控液压缸位置系统。首先,建立开关阀控液压缸位置系统模型,分析了PWM载波频率对开关阀流量特性的影响规律,采用基于差动流量的双阀结构,实现液压缸负载流量的非线性补偿,减小开关阀死区对系统静、动态性能的影响。然后,分析双阀控制式液压缸系统负载脉冲流量的影响因素,得到了开关阀控液压缸位置抖振的产生机理,比较基于脉冲流量的PWM、PAM、PFM控制方法。最后,依据压电式高速开关阀流量特性,提出了PWM+PAM的复合控制方法,根据误差信号及其变化,调节占空比和流量幅值,实现液压缸位置的快速、精确控制。仿真及实验结果表明:系统定位精度将近1%,为高速开关阀及其控制系统应用提供了理论基础。      

基于感应同步器的高速高精度位置测量技术

现有的基于感应同步器的鉴幅、鉴相位置测量法,由于其原理缺陷,不适合高速高精度的测量场合.为解决高速高精度位置测量问题,给出一种新型的基于感应同步器的位置测量方法--幅度细分法.感应同步器输出的感应信号是调幅信号且幅度很低,为采用幅度细分技术,需对其输出的感应信号无失真的放大.在阐述系统工作原理的基础上,给出了系统的结构,并对关键功能电路进行了实验及仿真研究.结果表明,此法从原理上克服了感应信号中动态分量对测量结果的影响,克服了现有测量法不适合高速高精度测量的缺点,具有测量精度高、时间间隔固定、适合高速度运动场合下的位置测量等优点.     

一种优化的挠性陀螺仪六位置试验方案

为了以较低的试验成本获得较高的挠性陀螺静态误差模型系数估计精度,提出了一种基于D-最优准则和正交试验设计的优化地理坐标六位置试验方案.为了验证D-最优地理坐标六位置试验方案的有效性,进行了多次D-最优地理坐标六位置试验和ANSI/IEEE Std 813-1988中规定的地理坐标八位置试验.试验结果表明,在试验成本较低的情况下,D-最优地理坐标六位置试验方案不仅可以估计出挠性陀螺简化静态误差模型系数,而且其估计精度比ANSI/IEEE Std 813-1988中规定的地理坐标八位置试验方案的估计精度略高.      

基于双目视觉的非合作目标逼近控制系统设计与仿真

主要研究空间非合作目标近距离逼近过程的控制系统设计与仿真问题.针对采用双目视觉敏感器实现对非合作目标的观测情况,提出一种考虑成像误差的目标位置矢量计算方法,有效保证目标位置解算的可行性.在主星视线坐标系下,分别考虑逼近过程的最大相对速度约束、控制推力和力矩约束,设计了基于非线性项解耦的递阶饱和PID形式的近距离逼近位置控制律和姿态控制律,并在逼近过程中设置停泊点以确保与目标无碰撞.最后对典型航天器非合作目标抓捕任务进行了数学仿真,仿真结果表明所提出的方法可在满足各种约束的情况下有效实现任意方向的空间非合作目标的抓捕任务.