测量不确定度的计算方法

本文主要介绍一种在美国已被普遍采用的测量不确定度的计算方法。着重介绍这种方法的分析步骤、误差的分类、随机不确定度、系统误差限和总不确定度的计算方法,同时还探讨了这种方法尚待进一步研究的问题。最后,作为例子,给出了这种方法在风洞热流传感器校准试验中的应用。     

多孔探针系统误差分析

以不可压流场的Bernoulli方程和势流理论为出发点详细推导了多孔探针的基本测量原理并获得了相应的数学模型,从而将具有不同头部(如球体、圆锥体)、不同孔数(如3、5、7乃至18孔)的各种类型多孔探针纳入到相同的数学模型之下,为系统分析各类探针提供了条件.通过分析推导过程,得出了多孔探针测量数学模型成立的4个基本约束条件.在实际测量过程中若偏离这4个基本条件必然会在测量结果中引入系统误差.将由此引入的系统误差分别归纳为:数学模型误差、制造误差以及使用误差,并逐个进行了详细的分析.同时,还以较为常用的七孔探针为例,采用计算流体力学软件对以上3种情况造成的误差进行了定量计算.根据以上分析和计算结果,为实际应用中选择合适类型的探针、确定使用条件、评估测量系统误差给出了详细的建议.     

一种新的雷达组网实时误差配准算法

雷达组网系统首先要解决误差配准问题,来准确地估计和消除系统误差。本文研究了异地雷达组网误差配准问题,在考虑随机量测噪声影响的基础上,提出了一种实时Kalman滤波(RTKF)误差配准算法,然后针对多条配准航迹,给出了该算法的扩展形式,即ERTKF误差配准算法,并对两种算法进行了性能分析。仿真表明两种算法能有效地对雷达系统误差进行估计,尤其是当系统偏差发生变化时,配准效果明显优于实时质量控制(RTQC)配准算法。     

性能基导航中对称面内飞行技术误差模型(英文)

飞行技术误差(FTE)与导航系统误差(NSE)是性能基导航(PBN)中总系统误差(TSE)的主要组成部分。性能基导航的实施需要对总系统误差进行航前预测以及航行中的短期动态预测。当飞行技术误差预测值与导航系统误差预测值的和大于PBN导航的规定值时,将无法运行PBN导航。因此,对于总系统误差的两个主要误差分量需要精确建模和透彻分析。采用LQG/LTR方法针对ARIC模型设计了多输入多输出纵向飞行控制系统,分析了在湍流扰动下进近飞行器对称面内的飞行技术误差。基于奇异值理论提出了对称面内飞行技术误差的映射函数以及边界估计模型。模型是基于对对称面内飞行技术误差成型机理的分析提出的,提供了一种基于成型机理的分析和估计方法,从而避免了昂贵试飞和单纯的数据拟合。基于真实数据的仿真验证了对称面内飞行技术误差的理论分析。研究同时揭示了当自动飞行控制系统(AFCS)接通时性能基导航中对称面内飞行技术误差部分由湍流扰动引致,且随湍流强度的增强而增大。     

风洞实验数据的误差及其计算方法

本文首先简述了研究风洞实验数据误差的意义,然后给出系统误差、随机误差、粗差及不确定度的定义,在讲述了单点测量标准差、多点测量标准差及随机不确定度计算方法之后,介绍了系统误差的判别和风洞实验数据误差的合成,最后给出了风洞气流参数、压力系数及力系数随机误差的计算公式。     

A／D转换中的系统误差及其对策

根据几个工业现场遇到的实例，讨论了计算机实时检测与控制中，Ａ／Ｄ转换环节中引入系统误差的一些可能途径，包括由偶然噪声转换过来的系统误差，传感器本身具有系统误差及多路信号问的窜扰引起的系统误差。分析了这三种情况产生的原因及各自的特性，并根据它们的不同特性，分别给出了消除或减小这几类系统误差，保证Ａ／Ｄ转换的精度的措施。     

近空间飞行器泛函连接网络自适应预测控制

针对存在强烈不确定和干扰的近空间高超声速飞行器（NHV）,提出了一种新的非线性自适应控制方法。控制律由最优广义预测控制（OGPC）算法和泛函连接网络（FLN）直接自适应律组成。OGPC是一种连续时间的非线性预测控制算法。FLN则通过在线学习来抵消飞行中的未知不确定和干扰的影响。学习过程不需要任何离线训练过程。文中提供了NHV的闭环系统稳定性分析,经过证明系统误差和权值学习误差一致最终有界。对于姿态跟踪系统,仿真结果显示了控制器的良好性能。     

高速风洞试验模型姿态角的视频测量及不确定度研究

高速风洞测力试验中,阻力系数精度瓯的先进指标为0.0001,按误差分配原理,要求试验模型迎角的测量精度以≤0.01°.为此,研究风洞试验中模型姿态角视频测量及其不确定度,给出其系统误差的补偿方法.实测数据(马赫数为1.5、2.0、3.0和4.0)表明:在2m暂冲式超声速风洞试验中,各阶梯迎角测量数据的标准差(含风洞气流脉动致模型姿态角振动产生的误差)在0.0018°和0.0094°之间,迎角实测估计值的标准不确定度≤0.003°,由此可知,姿态角视频测量系统的靠≤0.0094°.本方法既不破坏模型的外形,又不改变模型的刚度与强度,具有实用价值.     

基于Kalman滤波的SINS／GPS组合导航系统的误差分析

本文对SINS／GPS系统误差模型进行了推导,在失准角小角度情况下惯性系统误差模型的基础上提出了一种基于Kalman滤波的SINS／GPs组合导航系统的二维误差分析方法。采用工程上较易实现的松耦合的组合方式,建立了位置、速度组合导航模型,并对速度组合、位置组合、速度位置组合方式进行了仿真对比分析。     

在线三维几何量测量软件研究

介绍了最近研制成功的依维柯汽车底盘潢梁在三维几何量微电脑测量系统的测量原理和测量软件。该系统采用相对测量原理建立三维测量坐标系，通过系统误差软补偿提高测量系统精度。并根据优化原理提出了三坐标测量中一种新的几何量误差计算方法，该方法通过模拟被测件装配过程，对相关几何量误差进行最优计算，使测量误检率大大降低，保证了在实际测量中最大程度地通过合格件。     

信息匮乏事件预测及优化方法性能研究（英文）

为找到更适用于贫乏样本信息预测问题的预测方法及优化方法,提出基于实验数据解析的方法性能对比研究,通过大量预测实验与优化实验,研究预测方法的准确性、稳定性以及优化方法的修正性。研究中分别使用5种传统单项预测方法对贫乏样本信息预测问题进行预测,并运用标准差法对这5种方法分配权重,进行组合预测。对预测结果的精度进行排名,排名的均值和方差体现了预测方法的准确性与稳定性;同时研究提出了误差消除预测优化方法,对预测结果分别使用误差消除优化、马尔科夫优化及对优化结果进一步修正的双层优化,并使用精度的提升与下降程度来反映优化方法的修正性。结果表明,预测方法中组合预测的准确性与稳定性最好,优化方法中误差消除优化的修正性最佳,二者结合可达到贫乏样本信息事件的预测需求。研究最后通过对民航某一年不安全事件数进行预测,验证了组合预测与误差消除优化结合的精确性。     

基于模型参考自适应的高超声速飞行器容错控制

针对执行机构部分失效情况下高超声速飞行器控制器的设计问题,提出了一种模型参考自适应容错控制设计方案。依据线性化的高超声速飞行器名义模型,设计名义反馈控制增益,并确定一个可保证自适应控制安全的参考模型,然后设计自适应补偿控制器消除执行机构控制效益及系统参数不确定性的影响。提出的自适应参数估计律由滤波的误差信号和特别设计的预测误差信号驱动,可实现更好的参数估计。该方案能保证闭环系统的稳定性,并能保证执行机构部分失效及系统参数不确定情况下的控制性能。仿真结果验证了该控制方法的有效性,在执行机构部分失效情况下,控制系统实现了良好的跟踪性能。     

一种提高数据采集系统精度的方法研究

数据采集系统对采集精度要求极高,但采用8位的低精度模数转换器,直接利用标称值元器件设计的数据采集系统会存在系统误差。尽管使用传统的线性参数标度变换可以消除系统误差,但数据采集系统必须是线性系统。如果存在饱和非线性,最好在多种输入情况下测量若干数据,剔除饱和数据后应用最小二乘法拟合的线性关系进行标度变换可以得到测量值。研究结果证明:该方法比传统的标度变换计算的测量值要明显准确,达到提高系统精度的良好效果。     

直升机载激光指示器发射末制导炮弹射击效能分析

激光末制导炮弹武器系统是炮兵装备的一种精确制导武器，使用时，通常将激光指示器配置在陆地或舰船上。为了更好地发挥该武器系统的作战效能，需要将激光指示器配置在直升机上，这样就可以对反斜面或陆地无法观察到的目标进行射击。本文根据对直升机振动谱峰随机性的分析结果及末制导炮弹的射击特点，近似认为直升机振动导致的射击误差服从正态分布，确定了直升机机动导致的射击误差属于系统误差，建立了评定直升机载激光指示器保障条件下射击效能的数学模型，并对各种影响射击效能的因素作了分析。     

一种基于虚拟参考站的低轨双星时差频差精密修正方法

为了解决低轨双 星时差（Time difference of arrival, TDOA）、频差(Frequency difference of arrival,FDOA)定位精度低这一问题,提出了一种应用虚拟参考站（Virtual reference station,VRS)技术来实现对低轨双星TDOA/FDOA进行精密修正的方法。该方法利用合作辐射源在未知辐射 源附近建立一个物理上并不存在的虚拟参考站,然后再利用此虚拟参考站修正未知辐射源 的时频误差。通过仿真分析,VRS处虚拟时差构建误差比虚拟频差构建误差要小,并且VRS对 未知辐射源TDOA/FDOA系统误差的修正精度分别可以达到97%和95%。利用修正后 的时频差 对未知辐射源定位,其定位精度相对于未修正前有极大的提高。     

基于自适应模糊输出观测器的非线性系统鲁棒故障检测

针对一般非线性系统的故障检测，从工程应用的角度提出了一种基于自适应模糊输出观测器的非线性系统鲁棒故障检测方法。该方法以自适应模糊系统构造未知非线性模型的输出观测器，在充分考虑外加噪声干扰和系统误差的情况下，通过对一般反向传播学习算法进行改进，提出采用鲁棒反向传播学习算法调整观测器参数以辩识系统输出，再结合阈值故障检测策略检测系统故障。为保证算法具有较快的收敛速度，本文给出了根据模糊规则确定算法初始参数的选择方法并证明了算法的收敛性。仿真结果表明，对一般非线性系统故障检测，该方法具有有效性和实时性，以及对噪声干扰和系统误差的鲁棒性。     

Φ0.5m高超声速风洞气动力试验不确定评估

基于AGARD（AGARD-AR-304）和AIAA（AIAA S-071A-1995）的风洞试验不确定度评估标准，对评估流程进行了扩展，应用到Φ0.5m高超声速风洞。具体包括:根据试验流程辨识得到风洞试验的不确定度源；对试验的自变量进行不确定度的评估，包括其偏差极限和精度极限的具体值；最后基于标准的方法评估了显性自变量引入的不确定度，并运用线性插值的方法评估了迎角引入的不确定度。通过一升力体外形飞行器的评估结果，发现系统误差引入的不确定度占主导地位；C_N、C_A和C_m 3个大量的不确定度值在不同迎角时有显著差异，并且C_m的不确定度相对较大；不确定度敏感性结果显示天平和总压传感器引入的不确定度起主导作用。     

一类基于神经网络的非线性时延系统的稳定性分析和控制

针对一类有参数摄动和时延的非线性不确定性系统．提出了一种稳定性分析方法。控制方案将鲁棒控制和神经网络控制结合起来．首先由线性矩阵不等式(LMI)设计了参考模型即系统线性部分的鲁棒控制器,然后用神经网络来消除系统建模不确定非线性部分。稳定性分析中综合了参数摄动、时延和神经网络权值．合理地选择Lyapunov函数证明了误差闭环系统的稳定性．     

加载头不确定度评定方法研究

在风洞天平校准系统中,加载头的主要功能是保证力的三要素中“作用点”位置的准确。然而,由于加工制造误差和尺寸测量误差的存在,加载头施力点的实际位置总是会偏离其相应的理论正确位置,从而导致施力点位置坐标产生误差。这些误差会经由加载头传导到天平校准公式中,从而影响天平载荷测量的准确性。因此,有必要对加载头不确定度的评定方法进行研究。首先采用GUM(guide to the expression of uncertainty in the meas-urement,ISO/IEC GUIDE 98-3:2008)方法建立了加载头不确定度的评定方法和步骤,接着给出了加载头不确定度的表示方法及指标要求,最后以某加载头为例,给出了不确定度评定的详细过程及结果。结果表明,该型加载头各施力点位置坐标的扩展不确定度平均值为0.044mm;力矩力臂的相对扩展不确定度平均值为0.0072%。     

交流伺服系统位置跟踪误差

首先提出采用比例和位置前馈复合控制的位置闭环调节器。位置前馈工作在完全补偿状态时,实现了恒速运行时间段内和定位结束后的稳态位置跟踪零误差。但由于目前广泛使用的梯形给定存在加速度突变,增大了动态位置跟踪误差,所以提出采用S曲线位置给定,避免加速度突变,可以大大减小动态位置跟踪误差。最后分析了负载变动对位置跟踪误差的影响,并提出了消除这种影响的途径和方法。仿真分析和实验结果证明了理论分析的正确性。