基于ADIS16488 MEMS IMU标定测试方法研究

MEMS惯性器件误差是导航系统主要的误差源,而确定性误差和随机误差是惯性器件主要误差,确定性误差可以通过标定补偿.本文通过分析MEMS IMU标定误差模型,设计了加速度计的6位置标定法和陀螺仪的速率快速标定法,推导了适用最小二乘的标定参数辨识方程.以ADIS16488 MEMS IMU为标定测试对象,利用高精度3轴转台进行了标定试验,标定误差补偿后MEMS IMU器件精度等级提高了至少1个数量级,证明该方法有效.     

基于卡尔曼滤波的旋转弹药弹体磁场校正方法

针对弹体磁场严重影响旋转弹捷联地磁传感器的测量精度这一问题,提出一种基于卡尔曼滤波算法(Kalman filter, KF)的弹体磁场校正方法。利用固定磁场和感应磁场模型,将弹体磁场误差系数转换到椭球参数方程上,从而得到卡尔曼滤波的观测方程。为提高算法的鲁棒性,采用事先标定法建立初始条件。根据卡尔曼滤波原理,给出辨识参数在线更新的实现步骤,推导弹体磁场的校正过程。仿真试验中,通过事先标定法选取初值提高待估参数2倍的收敛速度。转台试验中,弹体磁场校正后的磁测误差接近磁传感器的测量噪声,滚转角解算精度优于1°。试验验证该算法可在线更新弹体磁场误差系数,实现弹体磁场的高精度补偿。     

激光捷联惯导系统中惯性器件的测试方法

为了提高激光捷联惯导系统(LSINS)的导航精度,需要测试系统中惯性器件的模型参数。本文设计了一种利用双轴带温控箱速率转台的参数测试方法,测得了系统在各种环境温度下的参数。通过建模补偿有效地减小了LSINS的导航误差。实验结果表明本方法标定精度较高,适用于中等精度LSINS。     

光纤陀螺IMU的六位置旋转现场标定新方法

针对光纤陀螺惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU)的误差系数随时间推移而变化的问题,本文提出一种光纤陀螺IMU的六位置旋转现场高精度标定新方法,该方法在使用现场将光纤陀螺IMU在六个位置上进行十二次旋转,然后根据光纤陀螺IMU的误差模型建立42个非线性输入输出方程,通过旋转积分和对称位置误差相消,消除方程中的非线性项,最终求解出陀螺标度因数、陀螺常值漂移、陀螺安装误差和加速度计常值偏置等15个误差系数.实验结果表明,该方法可在没有精密转台的现场实现光纤陀螺IMU的精确标定,其标定精度与基于精密转台的标定精度相当.     

高精度转台摩擦力矩补偿控制器设计与仿真

针对高精度转台在低速运行时,由于摩擦力矩的作用,跟踪精度会受到很大的影响的实际情况,本文提出将Stribeck摩擦力矩模型应用于高精度转台系统,并设计控制器,可以在线的对摩擦力矩进行辨识和补偿.该方法根据摩擦力矩模型的特点,采用前馈+积分反馈设计控制器.并采用Lyaponov函数和拉萨尔一般不变性原理分析了系统的稳定性,证明在一定的条件下,可以实现渐进稳定跟踪.实验结果表明,控制器对非线性摩擦力矩具有补偿作用.     

基于差商法的嵌入式角位移传感器自标定

为了摆脱对高精度基准器具的依赖实现对嵌入式角位移传感器的现场标定,结合传感器的结构特点提出了一种利用单个读数头测量值差商的方法实现自我标定。该方法利用傅里叶逼近模型将读数头的误差分离为多次谐波的叠加,采用测量值向前差商的方法获取标定模型的中间变量,运用泰勒展开对差商方法进行了误差估计,并通过提高差商阶数降低模型误差,为了保证标定精度,结合最小二乘算法对标定参数进行了寻优。运用自标定方法对两台不同对极数的嵌入式角位移传感器进行了标定实验,并与传感器常用的比较标定方法进行了对比实验。实验结果表明,两台传感器的误差分别从标定前的±30″和±25″,降低至±2.6″和±2.2″,精度得到了大幅度提高,最终的标定参数与传感器实际的误差成分相吻合,标定精度与比较标定的精度基本相同,能够满足嵌入式角位移传感器的高精度、高效率标定要求。     

基于三轴转台的惯测组合最优标定方法研究

三轴转台是惯性测量单元模型系数标定的核心设备,其综合指向误差会对标定测试造成影响,降低了惯性测量单元的应用精度。面向实际应用,基于黑箱分析方法进行了仿真分析和数据挖掘,研究了综合指向误差造成的测试误差规律,并据此编排了基于UOT形式三轴转台的惯性测量组合最优分立式标定方法。该方法通过24个位置和5个初始状态下的6次转动测试,在尽可能减少标定时间的基础上最大程度抑制了标定误差,标定精度显著优于传统标定方法,具有重要的工程应用价值。     

两轴转台结构光三维扫描仪及多视自动拼合

提出了一种基于结构光的两轴回转式视觉测量系统.介绍了测量原理,系统组成及控制流程,建立了基于两轴转台的点云回转拼接模型;提出了基于测量数据的两轴转台位姿标定方法,在转台绕摆动轴转动过程中对按一定布局固定在转台上的2个标定球进行不同视角测量,通过数据分割得到每个球的数据并计算其球心,2个标定球球心所在圆的圆心精确标定了转台摆动轴轴线,同理标定出转动轴的初始轴线,通过计算得到转动轴在任意视角的方位,从而精确标定了两轴转台的位姿;通过利用高精度三坐标测量机在空间模拟两轴转台运动,对该标定方法进行精度评价;实现了对小特征零件的快速测量,并以转台标定位姿为实现了多视自动拼合.     

光纤陀螺组件误差标定ARLS算法

捷联惯性导航系统误差参数标定的准确程度对于系统的导航和定位精度具有重要影响.针对常规速率标定法不能辩识陀螺零偏,未充分预热时光纤陀螺的误差标定易受温度变化影响这两个问题,提出了一种用于光纤陀螺捷联惯性导航系统的新标定算法--自适应递推最小二乘法(ARLS).在建立光纤陀螺误差及其补偿模型的基础上,通过大量温度实验研究了自适应遗忘因子的求取方法,详细推导了ARLS算法及其实现思路.最后通过算法仿真和速率试验证明了在器件特性不稳定条件下,ARLS算法能有效辨识陀螺的误差参数及减小温度变化对光纤陀螺误差标定的影响.     

基于激光跟踪仪的协作机器人标定算法与实验研究

为了提高机器人末端绝对定位精度,提出了一种基于激光跟踪仪测量的机器人几何参数标定方法,对协作机器人的参数误差进行辨识和补偿。为了避免机械臂相邻两个轴平行时会出现奇异性的情况,采用了MDH参数法建立误差模型;为了把测量数据定义在同一坐标轴上,结合了机器人工具坐标系转换（靶球中心点相对于机器人末端坐标系的平移变换）;进而用最小二乘优化算法(LM)辨识出机器人的模型参数误差。通过对JAKA协作机器人的仿真、实验计算和标定,机器人的位置误差平均值、标准差、误差最大值分别降低了70.58%、56.76%、57.44%。实验结果表明:该标定算法可以有效地辨识出机器人的模型参数误差,对机器人的模型参数进行补偿后,提高了绝对定位精度。     

大惯量专用转台高精度控制研究

针对大惯量专用转台运行过程中存在的系统响应时间长、易产生振荡以及末端位置定位误差较大的问题，提出了一种基于全闭环+模糊自适应PID （proportion integral differential，比例积分微分）的精度控制方法。在大惯量专用转台执行机构处加入多圈绝对式编码器，以实现控制系统的全闭环；利用模糊自适应PID控制实现不同负载下高精度控制系统的快速调节。为更加深入研究大惯量对专用转台控制系统的影响，对转台进行了系统建模；同时在MATLAB仿真环境中分别建立了基于模糊自适应PID控制和普通PID控制的转台控制系统仿真模型，并搭建了转台测试平台进行验证实验。对比不同控制方式下系统控制性能的仿真结果可知：普通PID控制系统响应时间长，系统跟随误差大；而使用模糊自适应PID控制可使系统的响应速度提高75%，跟随误差降低降低70%。由实验结果可知专用转台定位精度为[-0.2°,0.2°]，满足了设计精度要求。仿真和实验结果表明利用模糊自适应PID控制可有效提高系统的响应速度，全闭环控制可使系统的定位精度得到有效提高。研究结果为转台控制系统的设计提供了有效的参考数据，促进了大惯量转台的高精度化发展。     

一种提高转台伺服系统精度的方法

转台正弦摇摆时换向误差较大,影响系统的跟踪精度。对此,提出了一种变增益算法,将速度回路的前向通道放大倍数设计为一个以系统输入速度作为自变量的函数,使其随着系统速度的变化而自动调整。在低速运行时,放大倍数较大,提高系统刚度,可获得较高的低速跟踪精度;在高速运行时,控制放大倍数,以保证系统的动态性能。设计了两种变增益函数进行实验,实验结果表明,该方法可以把换向误差从48 减小到10,是一种较为实用和有效的设计方法。     

Pole assignment using state feedback with time delay in friction-induced vibration problems

The dynamic behavior of friction-induced vibration problems is governed by second-order differential equations having asymmetric matrices, due to the coupling of structures and external loads, which are functions of some parameters. Asymmetric systems are prone to unstable vibration (flutter) as a parameter reaches a critical value. Placement of these unstable poles to the left-hand half of the complex pole plane for stabilization can be achieved by active (feedback control) and passive means (structural modification). Moreover, placement of poles is also done to achieve the desirable dynamic response and system performance. However, such active pole assignment control introduces inherent time delays in the feedback control loop. This paper presents a method for assigning complex poles to second-order damped asymmetric systems by using state-feedback control while considering a constant time-delay in the feedback control loop. The control strategy is based on receptances of the symmetric part of the asymmetric open-loop system (without time delay), which can be easily obtained from transfer function measurements. This method does not require the knowledge of mass, damping and stiffness matrices, and hence circumvents the modeling errors (finite element or reduced order). In this research, with numerical examples, it is shown that by means of active state feedback control and by using a relatively small number of available receptances, open-loop poles of the asymmetric system can be assigned precisely. The stability of the closed-loop system is analyzed by computing primary closed-loop poles and the associated critical time delay.     

稳定转台摩擦参数的测量及其对稳定精度的影响

提出一种测量由力矩电机驱动的稳定转台摩擦参数的方法.通过对转台自由减速过程速度曲线的拟合,以及电机启动过程电流的测量,可以得到最大静摩擦力矩、库仑摩擦力矩、粘滞摩擦系数和转动惯量.建立了稳定转台摩擦的仿真模型.针对一个单轴稳定转台进行的仿真和实验结果表明,在扰动换向时产生的稳定误差尖峰由扰动换向时的阶跃摩擦干扰力矩产生.仿真获得了和实验一致的精度结果.对进一步提高稳定精度的方法进行了分析.     

衍射频谱法测光栅膜层厚度

根据傅立叶光学理论从光栅的衍射频谱中可以反推光栅本身的多种信息,包括其形貌特征。 利用矩形相位光栅的傅立叶变换,推导出零级和一级衍射光强和矩形相位光栅膜层厚度之间的函数关系,据此可在测得零级和一级次光强后,推算出光栅膜层厚度。以台阶仪作为标准,该方法的测量误差在4%以内。     

Minimum sensitivity pole placer

A method is presented for designing a constant-gain state feedback controller for assigning the closed-loop poles of a linear time-invariant multivariable system to desired locations which at the same time minimizes the sensitivity of these poles to variation in the parameters of the plant. The design procedure is illustrated by examples.     

Minimum sensitivity pole placer

A method is presented for designing a constant-gain state feedback controller for assigning the closed-loop poles of a linear time-invariant multivariable system to desired locations which at the same time minimizes the sensitivity of these poles to variation in the parameters of the plant. The design procedure is illustrated by examples.     

Fourier transform wavefront control with adaptive prediction of the atmosphere

Predictive Fourier control is a temporal power spectral density-based adaptive method for adaptive optics that predicts the atmosphere under the assumption of frozen flow. The predictive controller is based on Kalman filtering and a Fourier decomposition of atmospheric turbulence using the Fourier transform reconstructor. It provides a stable way to compensate for arbitrary numbers of atmospheric layers. For each Fourier mode, efficient and accurate algorithms estimate the necessary atmospheric parameters from closed-loop telemetry and determine the predictive filter, adjusting as conditions change. This prediction improves atmospheric rejection, leading to significant improvements in system performance. For a 48x48 actuator system operating at 2 kHz, five-layer prediction for all modes is achievable in under 2x10(9) floating-point operations/s.     

精密光电跟踪转台的设计与伺服控制

以某型号电视制导导引头为背景,针对载体上光电跟踪系统的特点,设计研制了一种新型四轴精密光电跟踪转台。在介绍转台主要性能指标的基础上,从系统机械谐振、结构建模、元部件选型计算方面进行了详细分析和设计,给出了基于高速DSP控制器和数字滤波的复合闭环伺服控制策略和实现方案。实验测试结果达到预先制定的设计指标和精度要求,表明了系统设计方案的实用性和有效性。所设计转台能够在实验室条件下模拟弹、箭制导导引头和机载光电成像跟踪系统等的动力学特性和各种运动姿态,为实际系统的研制和改进提供重要参考依据和实验数据。