三自由度平面欠驱动机械臂的轨迹跟踪控制

研究了三连杆平面欠驱动机械臂的轨迹跟踪问题.机械臂的第3个关节为被动关节,施加在自由运动连杆上的动力学约束是二阶非完整的.通过全局输入和坐标变换,系统的动力学方程被变换成高阶链式形式.基于后推法(backstepping)的思想推导出保证系统全局渐近收敛于参考轨迹的时变反馈控制规律.后推法将系统分解为低阶子系统来处理,利用中间虚拟控制变量和部分Lyapunov函数简化了控制器的设计.数值仿真结果显示系统能稳定地跟踪参考轨迹,也证明了控制器设计是有效的.      

MEMS陀螺随机漂移在线补偿技术

为了提高微机电系统(MEMS,Micro Electro Mechanical System)陀螺测量的精度,提出了一种陀螺随机漂移的在线补偿方法.在静态时在线建立随机漂移的自回归滑动平均(ARMA,Auto Regressive Moving Average)模型,并针对随机漂移模型随时间慢变的特性,引入虚拟噪声补偿技术加以补偿.针对载体运动状况的未知性,建立机动角速率模型.在此基础上采用自适应卡尔曼滤波技术对随机漂移和角速率进行实时估计.通过试验表明:随机漂移模型、角速率模型以及滤波算法能够满足姿态测量系统的动态应用需要,且姿态测量精度较补偿前有了显著的提高.     

卫星轨迹跟踪控制的参数化方法

 在卫星轨迹控制系统的状态空间模型的基础上,通过分析卫星的轨道动力学方程,给出卫星轨迹跟踪控制问题的数学描述;基于线性系统的特征结构配置和模型参考理论提出一种卫星轨迹跟踪控制的参数化方法,设计系统的反馈镇定控制器和前馈跟踪控制器。分别进行卫星悬停和绕飞两种指令下的仿真。仿真结果表明,提出的控制方案是行之有效的。     

基于聚类最近数据关联的多目标跟踪算法

提出了一种基于聚类最近数据关联的多目标跟踪算法.建立了基于目标位置、目标大小和目标灰度的3层匹配距离,将3个距离加权综合得到目标匹配的距离函数.以目标链为基准寻找与其存在最小匹配距离关系的观测目标作为目标链的数据后继,再以此观测目标为基准寻找与其存在最小匹配距离关系的目标链作为该目标的数据前驱.当且仅当匹配对象之间前驱与后继关系同时成立时认为二者匹配成功.将已有目标链分为4类,将当前帧观测目标分为2类.分析各类数据间可能存在的匹配关系,利用上述方法进行匹配运算.对于目标遮挡等情况,基于目标运动轨迹的瞬时直线性和均值滤波原理,将某时间段内的目标质心坐标作为输入数据得到回归直线,预测下一时刻的目标质心位置.目标大小和灰度预测数据由该时间内均值滤波得到.本算法在多人体跟踪实验中取得良好效果.     

基于柔性曲杆的车辆跟踪算法设计与实现

针对前车有加速度和转弯时无法保证跟踪精度的困难,提出一种柔性曲杆的新算法应用于车辆自动跟踪.假设前后车间有一根虚拟柔性曲杆联接着,杆长等于前后车间沿着前车轨迹线的距离长,杆的弯曲变形与前车的转弯半径相同.利用短圆弧半径来记录前车转弯半径,解决了传统轨迹方程不平滑连续的问题;对于后车跟踪的速度控制,设计了一个基于杆长与安全距离的加速度分类模糊集,用以更新后车的线速度,避免了后车行驶中出现的磕头现象.最后,在三维机器人仿真软件中进行实体编程仿真,结果表明该方法具有可行性,轨迹跟踪误差达到1 cm以下.      

Long-wavelength lunar gravity field recovery from simulated orbit and inter-satellite tracking data

As has been demonstrated recently, inter-satellite Ka-band tracking data collected by the GRAIL (Gravity Recovery And Interior Laboratory) spacecraft have the potential to improve the resolution and accuracy of the lunar gravity field by several orders of magnitude compared to previous models. By means of a series of simulation studies, here we investigate the contribution of inter-satellite ranging for the recovery of the Moon’s gravitational features; the evaluation of results is made against findings from ground-based Doppler tracking. For this purpose we make use of classical dynamic orbit determination, supported by the analysis of satellite-to-satellite tracking observations. This study sheds particularly light on the influence of the angular distance between the two satellites, solar radiation modeling and the co-estimation of the lunar Love number k₂. The quality of the obtained results is assessed by gravity field power spectra, gravity anomalies and precision orbit determination. We expect our simulation results to be supportive for the processing of real GRAIL data.     

基于时空关联图模型的视频监控目标跟踪

多摄像机监控环境下的无重叠视域目标跟踪问题十分具有挑战性,其原因在于跟踪目标在网络中的转移与运动规律往往具有不确定性.目标跟踪的关键问题在于摄像机之间的目标关联以及如何依据网络拓扑结构来找到目标之间的对应关系.提出了一种图模型来对摄像机网络中的时空关联关系进行表达.图模型中的节点表示目标在摄像机视域中的出现区域和消失区域,边由时间与空间关系进行约束.提出了一种将目标外观模型与图模型相融合的跟踪方法,其中外观模型通过协方差描述子进行特征融合,同时,结合二部图匹配策略来解决多摄像头目标跟踪中的识别与匹配问题.在真实监控视频上的实验验证了该方法的有效性.      

带约束碰撞角的顺/逆轨制导律设计

针对逆轨、顺轨拦截模式,提出了带末端约束碰撞角的ACPN(Angle Control Proportional Navigation)、ACRPN(Angle Control Retro-Proportional Navigation)2种轨迹成型制导律.将线性的比例制导(PN)/负比例制导(RPN)作为标称指令,将碰撞角约束作为反馈指令,以相对加速度建立微分方程,得到了ACPN、ACRPN制导律.ACPN使用正比例系数,逆轨拦截目标;ACRPN使用负比例系数,顺轨拦截目标.与现有的研究结果进行仿真对比:ACPN具有耗费控制力少、末加速度小的优势;ACRPN的控制力、脱靶量、碰撞角误差较逆轨拦截优势明显.此外,分析了拦截高速目标的捕获区域.结果表明,ACPN比偏置比例导引的捕获区域大.当拦截弹的航迹角小于π/2+λ_i时(λ_i为初始视线角),宜采用ACPN(逆轨模式)拦截目标,拦截弹的航迹角大于等于π/2+λ_i时,宜采用ACRPN(顺轨模式)拦截目标.      

基于微分器的轨迹线性化控制方法及其应用

针对当前轨迹线性化控制(TLC)方法对系统中的不确定性存在鲁棒性不足的问题,受非线性跟踪微分器设计思路的启发,提出了一种基于微分器设计原则的轨迹线性化控制方法.首先,引入二阶线性微分器(SOLD)的概念,通过理论分析指出了当前轨迹线性化控制方法中采用一阶惯性+伪微分器求取标称指令的微分信号时,会存在与二阶线性微分器类似的峰值现象,随后利用韩式跟踪微分器(TD)求取标称指令及其微分信号,避免了该现象的同时又赋予了系统在控制量的约束范围内调节响应快慢的能力;其次,通过构造期望的闭环系统,跟踪误差动态,直接获取线性时变(LTV)系统的控制量, 使得参数整定不再依赖于并行微分(PD)谱理论,在此基础上,将混合微分器(HD)的非摄动形式等价为期望的闭环系统跟踪误差动态,以提升轨迹线性化控制方法的鲁棒性,同时借助Lyapunov稳定性理论证明了受扰系统的跟踪误差最终一致有界;最后,利用所提出的轨迹线性化控制方法设计了高超声速飞行器的姿控系统并进行了相应的仿真.结果表明:存在大范围气动参数摄动的情况下,本方法仍具有较好的控制性能及抗干扰能力,能够满足高超声速飞行器快时变、高精度以及强鲁棒的控制需求.