基于一次转动参数的卫星姿态控制

针对刚体姿态控制系统,本文提出了一种新的运动学模型。该模型使用了Euler轴和一次转角之积。相比其它的3变量刚体姿态运动学模型,该模型具有较少的奇异点和较大的状态空间范围,且更适合于对性能有定量要求的系统的控制律设计。本文将该模型用于不确定时变卫星姿态控制系统中,理论和仿真结果表明基于此模型利用反步法得到的控制律完全满足了性能要求。     

基于加速度计和弯曲传感器的手指运动姿态监测（英文）

针对动态测量关节角度的需要,本文设计了两种手指运动姿态监测方法.第1种方法是通过基于MEMS技术的三轴加速度计ADXL330对近侧指间关节的运动姿态进行监测.ADXL330是通过每一敏感轴所感知的重力加速度分量来实现这一功能.为验证该方法的可行性,设计了步进电机控制的能在竖直平面内转动的装置.对比传感器的输出和电机转动的角度,结果表明:动态条件下,其绝对误差为1°~3°,相对误差为2%~6%.第2种方法是通过弯曲传感器在弯曲时输出电阻的变化来监测手指的运动姿态.实验结果表明:在一定的允许误差范围内,三轴加速度计ADXL330和弯曲传感器都能用于监测手指运动姿态.     

末端带集中质量的可伸展挠性附件与航天器姿态耦合动力学分析

结构复杂的航天器带有几十米、上百米大型挠性附件,附件末端还带有大质量刚体.大型挠性附件在空中展开时,其伸展运动、弹性振动和航天器的姿态运动相互耦合.为研究附件伸展和振动对航天器姿态的影响并设计有效的控制器,有必要建立可伸缩挠性附件与航天器姿态耦合动力学模型.为此,利用动量矩定理推导出末端带集中质量的可伸缩柔性附件与航天器姿态耦合动力学方程,研究了带末端质量附件的伸展运动对航天器姿态及对附件挠性振动的影响.附件匀速伸展,用Runge-Kutta法对系统进行数学仿真,仿真结果表明:伸展过程姿态角误差增大,附件振幅增大,附件频率不断降低,并且末端质量越大时,在相同长度处附件频率越小,增加了控制的难度.对末端带集中质量的挠性附件和中心刚体进行主动控制能有效抑制挠性附件的振动,满足姿态角精度要求.     

轴对称回转体空间位置与姿态定位的立体视觉方法

针对虚拟现实技术中对空间刚体位置和姿态的定位与跟踪的需要,提出了一种确定轴对称回转体空间位置与姿态的立体视觉方法,开发了一个基于面阵CCD双目视觉传感的被动式光学立体定位与跟踪系统。试验结果表明,在执行机构运动速度为100mm/s的情况下,跟踪到的空间目标运动路径与真实值的最大偏差只有0.3mm,姿态角与真实值的最大偏差只有1.4°。实验结果证实,该系统满足虚拟现实技术中对空间目标定位与跟踪的精度要求。     

基于AHRS与PDR融合的个人室内自定位方法研究

针对个人室内自定位问题,本文提出了基于航姿系统(AHRS)与行人航位推算(PDR)融合的自定位方法。该方法分为4部分:在步频测量中通过加速度计数据变化反映行人步行状态,在步长估计中利用模糊决策的方式获得较为合理的计算步长,在姿态估计中使用AHRS来得到低动态下个人相对精确的姿态信息,在位姿计算中结合步长和姿态数据最终计算得到个人的位姿信息。进行了不同室内环境下的实验以及与PDR方法的仿真对比,实验结果证明了该方法的可行性,仿真对比结果表明了该方法的有效性,室内定位误差不超过0. 5m。     

基于样条逼近的欠驱动航天器姿态运动规划

研究带有两个动量飞轮的刚体航天器姿态控制问题。在系统角动量为零的情况下,系统的控制问题可转化为无漂移系统的非完整运动规划问题。利用最优控制方法和样条逼近技术提出求解带有2个动量飞轮航天器姿态的运动规划控制的粒子群优化算法。运动规划的最优控制是光滑的,且初值和终值均为零,可以方便地通过伺服电机实现飞轮的控制。数值仿真表明:该方法对航天器姿态运动规划控制是有效的。     

工业炸药药卷传输姿态在线检测方法

针对工业炸药自动包装过程药卷在线传输姿态异常问题,运用机器视觉检测技术,提出药卷传输姿态在线检测方法。该方法提取药卷在传输过程中的特征线段,形成基于边缘直线检测和矩形定位的传输姿态检测方法。利用Visual studio C＋＋和OpenCV实现算法及仿真实验。实验结果表明,两种方法的检测速度可以满足包装生产线速度,且可以快速准确地对异常姿态药卷识别与诊断。     

基于MEMS的分散式低阶AHPRS系统设计

设计一种基于MEMS陀螺、加速度计、磁强计以及GPS模块姿态航向位置参考系统(AHPRS).首先,姿态航向参考系统主要由姿态估计卡尔曼滤波器与补偿卡尔曼滤波器构成,通过补偿滤波器周期修正姿态估计滤波器,从而弥补了由于机体的刚体运动而导致姿态角的估计误差;其次,采用分散式卡尔曼滤波器的设计思路,以估计的误差姿态角作为导航系统卡尔曼滤波器的输入量,有效降低了导航滤波方程的阶次,减小了对姿态解算计算机的性能要求;最后,通过仿真与飞行试验验证该AHPRS有效地克服了动态环境下对系统姿态估计偏差大的缺点,提高了系统的姿态航向与速度位置估计精度.     

基于卡尔曼滤波算法的风电机组塔顶位移监测方法

针对风电机组塔顶位移在线监测问题,提出一种基于卡尔曼滤波算法的传感器信号融合方案。首先,建立用于塔顶转角测量的传感器迭代数学模型。然后,针对模型中传感器误差参数难以估计的问题,自行搭建实验平台优化模型参数,有效提高塔顶转角测量精度。在此基础上,通过仿真获取不同风速条件下塔顶位移与转角的线性关系,实现从塔顶转角到塔顶位移的转换。现场测试结果表明,基于该方法对塔顶位移监测的结果与仿真结果一致性高,且在额定风速区域机组塔顶位移达到最大,符合实际情况。该方案成本低廉,具备较高的工程应用价值,可为高耸结构姿态测量提供新的思路。     

旋转载体锥形运动的两轴旋转表征方法研究

针对旋转载体因旋转表征方式不同出现姿态解算诱导误差问题,通过分析旋转特点,提出两轴旋转表征方法。定义锥形运动的姿态角,建立角运动方程及姿态解算方程,并给出与常规姿态角的关系式,仿真分析不同表征方式的角速度和姿态解算的差异,并通过试验设计进行对比验证。综合仿真和实验结果表明:在相同的锥形运动条件下,两轴旋转表征方法与三轴旋转表征方法的差异随着锥形运动条件的恶劣而变大,但两轴旋转表征方法解算姿态误差较小,因此采用两轴旋转表征方法更为有效。该表征方法不但为旋转载体的抑制姿态误差提供理论基础,还能为攻角和侧滑角测量提供新思路。