转台运动性能检测系统的设计与实现

高精度三轴转台的精度是飞行仿真实验结果有效性的重要保证.为实现对转台位置精度、速度精度、加速度精度和带宽等运动性能的自动检测,以PXI虚拟仪器为核心,结合转台的输入输出接口,设计并实现了转台运动性能检测系统(TKTS,turntable's knematics poporty testing system).首先,给出TKTS的总体设计及硬件选型,并对测试精度进行了深入分析,然后详细讨论了TKTS的自检、校准、数据采集和数据处理等功能及软件的工作流程,最后给出了TKTS的实际应用结果.TKTS在不改变转台性能的前提下,实现了对转台运动性能的自动化检测与校准,提高了转台运动性能检测的效率与精度.     

基于双闭环结构的时栅转台自动标定系统设计

时栅转台精度的标定是时栅产业化过程中非常重要的一道工序,是时栅转台精度和可靠性体现。针对传统的标定系统采用激光干涉仪、光电自准直仪和金属多面体,人工操作效率低,可靠性差,提出用自制的数控控制箱结合嵌入式技术,开发了一种时栅转台自动标定系统。该系统以高精度的海德汉圆光栅RCN8510作为基准量仪,双微控制器与上位机为基础,形成双闭环控制结构,实现了实时在线误差修正与补偿。实验结果表明：采用双闭环控制系统时栅转台标定系统具有较高的稳定性,提高了时栅转台标定效率,时栅转台的精度达到2.4″。     

8098单片机在转台控制系统中的应用

转台是航空航天工业中重要的地面仿真设备。本文利用８０９８的资源，设计了８０９８单片机系统的硬件和软件，应用于三轴液压转台控制系统中，从而提高了转台的动态特性和静态精度，并增加了转台位置数显功能。     

基于STM32的时栅转台高精度自动标定系统设计

针对目前时栅转台采用手动方式进行标定,工作效率低、精度难以保证的现状,设计了一种能够进行数据采集、处理和误差补偿的时栅转台自动标定系统。该系统以激光干涉仪作为测量基准,采用了闭环控制技术,进行测量误差补偿。实验结果表明:该系统标定精度高,经过该系统标定后的时栅转台精度达到±2″,且标定速度是手动方式的2倍以上,显著提高了时栅转台标定效率。     

车载转台水平度动态监测系统的研究

随着车载转台工作对监控系统测量精度要求的不断提高,传统的调平方法已无法满足车载系统对快速、实时性的发展要求。在分析了传统调平方法的不足之后,提出了一种对车载转台水平度进行动态监测的方案,利用电子水平仪的特点,采用通过DSP控制双方向同步显示的方法进行监测。实验结果表明,该方法在满足系统操作方便、成本低的要求的同时,保证了车载转台的水平精度,具有很强的工程应用价值。     

某机载瞄准系统精度评估测试方法

为了评估某型机载瞄准系统的精度,根据飞行试验参数测试需要,提出了通过图像测量与DGPS融合处理方法进行瞄准精度评估的测试方法;该方法利用飞行试验获取的图像数据与其他测量数据相结合,同时进行了理论分析并给出了计算步骤,建立精度评估测试方法,并且计算出了跟踪精度;最后将该方法在工程上的应用做了分析,得出该评估方法在该机载武器瞄准系统精度评估方面具有一定的参考意义,并且可在同类试验课题中推广应用.     

一种改进的等精度转台角速度测试方法的实现

目前转台角速度测量主要利用长时间求平均值的方法，测量时间较长，不能实时测量，本文提出改进等精度法测量方法测量转台的角速度，采用FPGA快速测频技术实现了转台角速度实时测量。研制了便携式转台角速度测试系统，代替以往用来进行角速度测量的大型数字频率计等设备。用虚拟仪器搭建人机交互平台，实现转台角速度的实时处理，对数据进行快速高效的采集、分析、显示、存储，代替以往的人工录入再进行数据处理的方法，实现了转台角速度现场、快速测试。     

基于模型的转台系统故障检测方法

研究了飞行模拟转台的建模与故障检测问题.飞行模拟转台不仅是导弹制导回路半实物仿真闭环系统中的一个环节,也是一个反馈控制系统,转台内部参数与仿真系统中的各种参数相互影响,导致故障传递特性复杂,无法简单的根据转台参数测试判断转台运行状态.根据转台系统的跟踪特性,提出了基于模型的转台系统故障检测方法.由于传统的转台建模方法存在建模困难、精度不高的问题,因此采用系统辨识方法,通过辨识实验的设计,借助Matlab软件系统辨识工具箱进行模型的辨识,建立了转台系统三个框架的数学模型,利用相同输入条件下的数学模型输出和实际系统输出之间的残差变化,对转台运行情况进行检测,较好的解决了转台系统的故障检测问题.通过对三种转台故障的检测,验证了改进方法的有效性.     

雷达天线测试转台控制系统的研制

为了满足微波暗室雷达天线的测试需求,实现了基于研华工业控制计算机的转台控制系统;介绍了系统的硬件组成,设计了步进电机驱动器脉冲发生电路,以光电编码器为位置传感器并结合A/D,D/A卡及DIO卡PCL722实现了转台的测角系统;为数据采集卡开发了设备驱动程序,基于此驱动程序开发了转台控制软件,可实现转台的指令输出和反馈数据的图形化显示;整个系统结构紧凑,抗干扰能力强,运行可靠;能在整个圆周范围进行测量,测角精度为0.01°。     

光电火控系统指向精度CCD非接触测量方法研究

为满足某光电火控系统中二维转台指向精度的高精度测量需求,提出了一种利用CCD图像的非接触测量方法;以静态指向精度为测量对象,构建了CCD图像测量系统,系统分辨力为0.44mrad,采用视频序列的数字图像自动拼接方法得到单幅宽视场全景图,通过图像快速匹配方法得到转台的方位像素坐标值,对转台的指向精度进行了测量;测量实验结果表明:转台的指向精度为0.5mrad,满足指向精度2mrad的设计要求。     

飞轮转速过零时卫星姿态的补偿控制研究

为了提高小卫星姿态控制系统的控制精度和稳定性,解决反作用飞轮转速过零时由摩擦力引起的非线性扰动问题,根据姿态动力学理论,建立了卫星姿态控制的力学模型与数学模型.采用分别加入颤震信号和脉冲信号的方法,对摩擦力进行补偿,消除非线性扰动.通过仿真实验,对比加入颤震信号和加入脉冲信号的补偿控制方法,两种方法能够有效地抑制反作用飞轮转速过零时引起的姿态扰动,且加入脉冲信号方法优于加入颤振信号方法,前者能够更快的使系统达到稳定且消耗的能量少.从而实现了卫星姿态控制高精度和稳定性的控制.     

基于FlightGear的A-SMGCS场面活动三维仿真

针对A-SMGCS系统场面活动三维仿真问题,提出一种以开源模拟飞行器FlightGear为场景仿真平台,以实时ADS-B监视数据为驱动,以Linux为操作平台的机场场面活动三维仿真系统设计新方法。仿真系统按照实际机场模型进行机场布局设计,飞机、航站楼、塔台三维建模,地形数据生成,对真实机场环境进行了完整建模。由于ADS-B监视数据缺少飞机姿态信息,提出一种根据位置数据推算出姿态信息的新方法。首先把ADS-B监视数据进行航迹卡尔曼滤波,然后根据飞机前后两个位置的空间连线矢量计算飞行姿态。通过FlightGear多机网络数据接口导入飞机定位数据与姿态数据驱动飞机模型运动,实现了对飞机运动的六自由度仿真。仿真结果表明,该系统能逼真、准确再现真实机场飞机实时活动情况。由于完全基于开源软件设计,该系统低成本实现了对场面活动的实时三维仿真。     

结冰风洞试验段转盘控制系统设计与应用

结冰是飞机的重大安全隐患,结冰风洞是研究飞机结冰与防除冰的地面试验设备,飞机模型安装在试验段转盘上,通过精确控制转盘带动模型旋转模拟姿态变化;研制了适用于低温、低气压、高湿度环境的转盘机械机构;设计了以317T-CPU、IM174模块和交流伺服的转盘控制系统总体方案,开发了功能完善的转盘监控软件;通过参数优化、主从偏差控制和全闭环位置控制,实现了3个试验段5套转盘机构单转盘、上/下或左/右转盘高精度同步控制;解决了特殊环境下转盘控制系统运行维护问题.转盘控制系统运行超过8年,转盘角度范围±180°,转盘角度和同步控制精度不低于0.02°,各项技术指标达到设计要求,保证了结冰风洞各项试验任务顺利完成.     

仿生鳍条姿态测量及其误差分析

仿生鳍条是仿生机器鱼的核心运动机构,为提高其运动控制精度,针对其轻巧、微小的结构特点,设计了以质量轻、体积小、精度高的MEMS陀螺仪ADXRS290和ADXRS453为核心的仿生鳍条姿态测量系统,可实现仿生鳍条偏航角、俯仰角和滚转角的实时测量;针对仿生鳍条姿态测量中随机误差较大的特点,给出了一种以Allan方差为主的姿态测量误差算法,然后通过实验采集测量数据,定量分析了各运动姿态误差项;实验结果表明,角速率随机游走和零偏不稳定性是姿态测量的主要误差项,在后续误差处理中做针对性处理能提高姿态测量精度,对提高仿生鳍条运动效率有很大的意义。     

基于精密星敏感器的航天器高精度姿态测量标定方法

为了解决传统航天器姿态测量方法中存在的误差率高的问题,提出基于精密星敏感器的航天器高精度姿态测量标定方法。首先对使用的精密星敏感器进行设计,并将在不影响航天器运行的前提下安装在合适的位置上。通过建立运动坐标系、坐标参数转换和设置姿态参数三个步骤得出航天器运动模型,在该模型下分析出航天器姿态的基本运动规律、利用精密星敏感器识别并选取航天器空间下的任意三个星点,最后综合定位的星点和航天器姿态的运动规律,从不同的角度上确定航天器姿态测量结果,为了提高航天器姿态测量结果的精度进行标定处理。通过模拟实验分析得出结论：与传统测量方法相比,基于精密星敏感器的航天器高精度姿态测量标定方法的平均误差率降低了6.0%。     

基于Unity3D虚拟摄像系统中摄像机姿态定位

随着虚拟现实技术的蓬勃发展,虚拟摄像系统的研究亦炙手可热.虚拟摄像系统的使用,使电视节目和电影电视特效等的制作踏上一个前所未有的新台阶.然而在虚拟摄像系统的研究与使用过程中,虚实摄像机运动姿态的同步一直是难以解决的的关键问题,即MEMS传感器在测量过程中会产生噪声影响,其精确度有待提高.为解决这一问题,拟基于Unity3D平台,使用C#脚本编程语言,开发一套实时虚拟摄像系统,着重研究虚实摄像机姿态同步融合技术,选用卡尔曼滤波技术对传感器数据进行滤波处理,减少噪声影响.研究结果显示,此虚拟摄像系统中虚实摄像机的运动姿态的同步运动能够满足电视节目录制与电影电视特效制作等的需求.     

适用于主动式半捷联的伺服电机多级控制调速方法

针对现有捷联式惯性测量技术存在的被测载体在高自旋运动环境下姿态测量精度低的问题,提出了半捷联惯性测量的概念、原理和主动式半捷联惯性测量的实现方法,同时针对主动式半捷联惯性测量系统中对电机转速较高的控制要求,提出了适用于伺服电机速度调节的多级控制策略.通过测速陀螺输出补偿系统、转速复合测量系统、智能修改PID参数系统、高动态响应电机驱动执行系统等具体控制方法的实施,实现了对电机转速的精确控制,有效地抑制了被测载体高自旋对惯性系统姿态测量精度的影响,具有一定的工程应用价值.     

基于行人运动模态辨识的室内外无缝导航航向算法研究

目前行人导航航向解算算法均基于导航传感器在行人身体上的固定安装模式,或者依赖其他射频信息辅助修正陀螺航向,这极大约束了导航传感器的适用条件.为此,利用陀螺对低频噪声的敏感性及加速度计低频的稳定性,提出了解决行人手持手机稳态查看与非稳态摇摆的运动模态辨识算法和基于时域互补滤波器实现姿态的最优融合方法;研究了改进型互补滤波以消除行人的运动加速度对姿态解算的干扰误差,提高了载体姿态的测量精度;此外,利用磁传感器标定后的数据设计了自适应卡尔曼滤波算法,抑制了航向角的误差发散.经实际数据测试验证,室内外行人手持稳态与非稳态下的航向角测量精度提高了80%,同时大大提高了导航传感器的适用性与便携性,满足实际工程的使用需求.     

示教机械臂姿态解算改进方法仿真研究

在示教机械臂姿态解算精度优化的研究中,针对使用单组传感器进行数据融合,姿态解算的传统方法中存在的精度低,稳定性差的问题,设计了一种组合MEMS传感器的姿态解算方法。将六组传感器安装于载体坐标系三个轴上,分别测量两组传感器数据。以传感器量测数据与四元数估计数据的向量积代替姿态角误差作为互补滤波器的输入量,分别利用模糊控制器和PI控制器,根据互补滤波原理调节陀螺仪输出量。通过拓展卡尔曼滤波器进行姿态估计,得到更精确的四元数,进而转化为姿态角。仿真结果表明,在静态和动态情况下,多组传感器组合调节后的姿态角数据相比单组传感器PI调节在姿态角精度和系统稳定性上有进一步提高。     

基于Arduino的智能防盗系统设计

目前的防盗系统主要通过判断行李与用户之间的距离,来确定行李箱是否安全,缺少行李运动状态,造成判断精度较差,适用范围较小。针对以上问题,设计了一种基于Arduino的智能防盗系统。Arduino通过各种各样的传感器来感知环境,与各种硬件搭配可以实现对系统的智能控制。通过Arduino101板载惯性测量单元以及超声波传感器来收集行李箱的运动姿态数据,使用Madgwick滤波算法和AHRS姿态算法对感知数据进行处理,得到行李箱的实时运动姿态。根据姿态分析和超声波测距联合判断行李箱是否丢失,并提醒用户。该系统解决了原方案不能准确判断行李箱运动状态的问题,实现了行李箱精确检测、智能防盗,即当行李箱非正常移动时可及时触发蜂鸣器并发出警报声,通过短信模块发送报警短信到用户手机,有效规避财务损失。