CNC软件圆弧插补算法的分析与研究

快速而准确的圆弧插补算法一直是人们努力追求的目标。本文在深入分析了五种圆弧插补算法的基础上，把它们归纳到统一的理论依据之下，并就人们在理论方面研究甚少的插补运算的速度和插补轨迹精度问题进行了深入的分析与理论推导。同时，通过在计算机上对各种插补算法在插补运算速度和插补轨迹精度两方面的实际测试、验证与分析比较，提出了最佳择优方案，并在实际应用之中取得了满意的效果。     

插补前S加减速在CNC前瞻中的应用

计算机数字控制系统(CNC)中的速度前瞻处理可以在不影响插补轨迹精度的前提下极大地提高插补效率.针对前瞻算法中速度处理这一核心问题,分直线转接和圆弧转接2种情况分别建立了插补几何元素转接矢量夹角模型,并给出了一种基于插补前S型加减速的CNC速度前瞻算法.该算法根据设定的最大前瞻段数以及实际插补轨迹的几何特性,能够自适应确定轨迹的转接速度近似最优解,从而实现路径段之间进给速度的高速衔接.S型加减速由于在加速阶段和减速阶段均引入了加速度衰减,使得整个插补过程具有了高度的柔性.因此结合前瞻算法和S型加减速算法在高速加工时速度处理的优势,提出并实现了一种基于插补前S型加减速的CNC前瞻算法.该算法已经在工程实际中得到了验证.      

一种新的圆弧插补算法—角度逼近法

提出了一种新的圆弧插补算法——角度逼近法。分析了该算法的计算精度,并将该算法与其他圆弧插补算法进行了比较。     

奇异谱分析在故障时间序列分析中的应用

由于日益增长的飞行安全和飞机维护质量需求,飞机使用可靠性已经成为一个重要的研究领域。从某航空公司波音737飞机使用过程中现场所记录的18年的故障数据出发,应用奇异谱分析（SSA）方法,对故障时间序列进行了建模和预测,进一步以预测结果的均方根误差（RMSE）最小为优化目标对SSA模型参数进行了优选。在此基础上,提出了一种更为广泛的模型组合方法和实现算法,这种方法采用不同的时间序列模型来构造SSA分解出的趋势、周期和残差等成分。通过与三次指数平滑（Holt-Winters）、自回归移动平均（ARIMA）2种时间序列模型的实验结果对比,SSA及其参数优选和模型组合方法在故障时间序列分析中具有更好的拟合和预测精度。      

关节型机器手臂笛卡尔轨迹规划

为了消除机器手臂空间轨迹规划中采用一般插补法产生的尖角,且让机器手臂在非匀速运动状态下,能够具有连续的速度和加速度.结合空间直线插补和圆弧插补算法,提出一种新的圆弧连接均值直线插补法,并在此基础上进行二次插值,从而使得该算法在加速和减速时也可以获得很好的平滑性,在MATLAB环境下对算法进行了仿真.通过该算法以及对拟合度的调整可以获得最优规划路径.该算法在机器手臂轨迹规划当中具有较好的可行性.     

三轴转台静态标定缺失点误差的解决方法

提出了一种三轴转台静态位置标定时部分测点误差缺失的解决方法。首先介绍转台静态角位置标定的测试方法,指出测点被遮挡的原因;然后设计用双自准直仪实现UUT型三轴转台中框与外框的连续标定策略;最后提出用数学插补的方法插值缺失点误差的软补偿方案,并由实践证明,最小二乘拟和插值较线性插值误差更小。     

基于决策级数据融合的可靠性综合验证方法

可靠性验证试验是检验产品的可靠性水平是否达到要求而进行的试验,是一项重要的可靠性活动.价格昂贵或者可靠性水平较高的设备,按照经典的抽样方案进行试验,时间和费用几乎是不能承受的.为了解决上述实际问题,针对成功率的抽样检验方案,利用证据理论方法,研究了基于研制试验数据、可靠性评估结果和专家信息的基本可信度分配函数的构建方法,并给出了基于决策级数据融合的可靠性综合验证试验模型.同时,对可靠性综合验证模型的性质进行了讨论,确定了可靠性综合验证试验方案的存在性,并提出了方案的选取原则.模型可以广泛地利用研制信息,并可以统一给出基于不同分布类型和不同信息的可靠性综合验证试验方案.通过示例表明该方法可以利用各种研制信息,达到减少可靠性验证试验样本的目的.     

基于验前信息的测试性验证试验方案确定方法

针对目前测试性验证试验方案样本量过大、工程上实现困难的问题,提出了基于验前信息的复杂设备的Bayes测试性验证试验方案.首先,利用Beta分布对测试性验前信息的不确定性进行描述,运用不同来源的验前信息确定验前分布超参数;然后,定义了验前分布不确定性测度和支持度作为验前信息加权因子,设计了相应的融合算法;接着,利用融合后的验前信息建立成败型装备测试性验证试验方案的Bayes决策模型;最后,通过实例分析表明,与经典验证试验方案相比,新方案减少试验样本量40%左右,又克服了传统Bayes验证试验方案的冒进.      

一种基于星载GPS的月球探测器导航算法

为验证GNSS旁瓣信号对中高轨航天器在轨飞行的导航支持能力,"嫦娥5号"飞行试验器搭载了GPS导航接收机。由于目前使用的星载导航解平稳性不够,为此,根据月球探测器不同飞行段落轨道动力学特性,建立了一种基于星载GPS数据的月球探测器实时导航算法。该算法充分考虑了月球探测器不同段落的动力学特性,基于UKF滤波设计,并引入了自适应策略,以降低滤波参数选取的难度。在分析星载GPS数据特点基础上,月地返回段实测数据的处理结果验证了算法的可行性和有效性。     

一种基于信号合成的无线电干涉测量方法

针对后续深空探测任务更高测量精度需求,文章提出了一种基于信号合成的无线电干涉测量方案,并对方案性能进行了理论分析;结合目前主流信号合成算法,提出了一种基于相位补偿的Sumple算法,该算法不仅合成效率高,且合成信号与参考信号具有相同的相位特性,这是天线组阵技术应用于无线电干涉测量的前提;利用相控阵天线试验数据和DOR信号仿真数据对合成方案和合成算法进行了验证,结果表明信号合成处理可以提高无线电干涉测量时延估计精度,这在深空探测任务中具有重要意义。     

一种航天器太阳电池阵供电能力计算方法

太阳电池阵为航天器提供能源,在型号研制和在轨运营过程中需对其供电能力进行计算,为此提出了一种航天器太阳电池阵供电能力的计算方法。首先,利用太阳电池片的地面测试数据得到标准测试条件(STC)下的电池片伏安模型,并利用电池片在轨等效光强和温度修正电池片伏安模型的光生电流、串联电阻和并联电阻等参数,得到电池片在轨伏安模型,然后,根据基尔霍夫定律推导出电池阵中电池片工作电压、电流以及旁路二极管和隔离二极管的输出情况,从而得到太阳电池阵的伏安模型。仿真结果表明,本文方法可以精确计算航天器在任意光强、温度和遮挡下的太阳电池阵伏安模型,可以精确分析旁路二极管和隔离二极管对太阳电池阵供电能力的影响,较已有方法计算精度提高20%。     

奇异谱分析在太阳10.7cm射电流量中期预测中的应用

首次尝试利用信号处理技术奇异谱分析方法预测太阳活动低年未来27天太阳10．7cm射电流量．选取的预报试验时间段是2004年4月30日至5月30日,此试验期内太阳活动水平相对较低．在样本时间序列的构建上,吸取了相似周数据分析思路,采取的是23周实时观测数据与其相似周第20周下降年部分数据相结合的方式,既增加了样本长度又避开了太阳活动的活跃期．这31天的预报试验结果表明,大部分情况下,预报值基本上体现出F10．7的变化趋势,平均相对误差为10．5％;比同时期美国空军预测值的平均相对误差小,前者为11．3％,后者为14．6％;除两天外,SSA每一次27天的预报结果的平均相对误差比美国空军(AAF)的要小;对不同的时间提前量而言,AAF提前1天到提前12天的预报准确性较奇异谱分析方法要高,即AAF较短期的预报效果更好．     

极月轨道上太阳电池阵外热流规律分析

准确的月球表面温度分布模型对于开展月球探测具有重要意义. 目前有关月球表面温 度模型还缺乏对完整月球表面温度分布的计算方法研究. 本文建立了一套计算完整月球表面温度的方法, 其中月球阳面温度采用Racca模型直接计算得到; 对于月球阴面, 将其沿纬度方向划分为若干区域, 每个区域的地表土壤采用一维非稳态热传导模型, 根据嫦娥三号着陆器太阳电池阵在轨环月阶段的温度数据, 修正得到月球表面土壤导热系数、密度及比热容, 通过数值计算求解一维非稳态热传导方程, 得出任意时刻月球阴面表面温度随时间的变化. 嫦娥三号着陆器太阳电池阵环月阶段热分析结果与在轨温度符合较好, 初步说明本文建立的完整月球表面温度计算方法正确可行. 基于本文方法计算得到整个月球表面温度分布, 进一步研究了极月轨道太阳电池阵外热流变化规律.      

基于多场耦合建模与Bootstrap方法的滑环可靠性评估

导电滑环作为卫星太阳电池矩阵驱动机构的核心部件,其可靠性关系到卫星寿命的长短,由于空间用滑环寿命试验费用昂贵、试验周期长、样本数据量少等特点,无法获取大样本寿命数据,利用传统大样本数据进行统计推断,从而进行可靠性评估的方法存在困难。因此提出一种基于摩擦磨损模型的可靠性评估方法,应用赫兹理论、传热学方法分别计算摩擦副磨损过程中的接触区域变化和温度变化,量化热力电多场耦合对摩擦副磨损的影响,提出基于粘着磨损的多物理场耦合磨损模型,基于该模型得到的寿命数据,运用改进Bootstrap方法得到滑环寿命分布的参数估计,最后与传统可靠性预测方法结合,得到一系列滑环可靠性指标。方法对比结果表明,改进Bootstrap方法不仅具有较高的评估精度,还具有主观性小、适用性强的特点,由该方法所得的各可靠性指标均符合工程实际,具有很强的工程应用价值。      

北斗MEO卫星辐射剂量探测数据缺失值处理方法

针对北斗MEO卫星辐射剂量探测数据出现连续性缺失的问题，开展缺失值处理方法研究.提出一种叠加正弦波的线性样条回归方法，即引入样条函数，对各数据连续缺失的时间段进行分段处理，每段样条采用叠加正弦波的线性方程填充缺失值.结果表明:利用该方法处理缺失值，每段样条中填充曲线与探测曲线在增长趋势、周期性波动等方面具有较高的一致性；相比前向插值法和线性插值法，其填充值与真实值误差更小，关联性更高.该方法较好地解决了数据连续缺失的问题，形成了完整性好、准确性高的北斗MEO卫星辐射剂量数据集，为后续数据的发布、建模和可视化展示等奠定了基础.      

太阳电池阵极月轨道在轨热分析

以极月轨道上太阳电池阵作为研究对象,详细分析了该轨道上电池阵所得各外热流的确定方法.以此为基础,对太阳电池阵进行在轨温度数值模拟,得到月球轨道上电池阵所得外热流以及温度的周期分布.计算结果与地球卫星的相应数据进行比较,明确了月球轨道上电池阵所得外热流以及温度的周期分布特点,为月球卫星上太阳电池阵以及整个卫星的设计提供了有利的数据参考.      

基于视觉测量的太阳翼模态参数在轨辨识

针对传统接触式振动测量方法的缺点,提出一种基于视觉测量的太阳翼模态参数在轨辨识方法.具体过程包括相机标定、标志点检测、三维坐标解算和模态辨识等.利用两台相机和一台计算机构成的双目立体视觉测量系统进行了地面试验,测量得到了太阳翼测点处的振动位移响应,然后采用ERA算法辨识出了真实太阳翼的两阶主要模态参数.通过与激光测振仪测量结果进行比较,验证了上述方案的有效性.实验表明,视觉测量方法设备简单,灵活性高,是一种理想的在轨振动测量方法.     

太阳电池阵瞬态非线性温度场的精细算法

利用精细时程积分法和状态空间转移法 ,提出了计算空间飞行器太阳电池阵瞬态非线性温度场的非线性补偿法 ,它能够计算太阳电池阵在轨飞行时的温度场 ,具有收敛性好、稳定性好、计算精度逼近精确解、可以取较大的时间步长等特点     

重复折展锁解式太阳翼多体系统动力学建模与分析

为研究重复折展锁解式太阳翼展开力学特性,针对其有根树链式拓扑结构特点,依据一阶模态刚度分析假设模型,由Jourdain变分原理建立太阳翼树形柔性多体系统动力学理论模型;结合太阳翼关节铰机构运动规律,采用单向递推组集建模方法构建太阳翼展开过程正逆混合动力学模型;基于重复折展锁解式太阳翼结构参数和物理性能参数进行数值仿真,研究蜂窝夹层复合式基板柔性结构对太阳翼展开力学规律的影响,得到太阳翼各基板质心运动规律及其展开过程所需施加的驱动力矩. 所得结果可较好地预测太阳翼展开过程的动态行为,为其后续工程应用提供依据.      

刚性太阳电池阵基板的研究

文章简要地叙述碳纤维复合材料刚性太阳电池阵基板的结构设计,理论分析,模态试验和振动试验。理论分析和试验结果比较一致。通过试验还解决了基板各种复合材料的力学性能测试问题,取得了必要的数据。