基于星敏感器的姿态优化估计算法

对于采用星敏感器的航天器姿态确定问题,提出了一种快速的姿态优化估计方法;首先,根据Rodrigues参数和观测向量之间的线性关系,引入四元数,构造了不同的非奇异的优化准则;其次,借助四元数,求解了基于该准则的姿态优化算法;误差协方差分析和数值仿真结果表明,该算法与著名的QUaternion ESTmation(QUEST)算法相比,在相同的操作系统环境下,具有相同的姿态估计精度,但计算速度更快,对两种算法选取间隔为2000次的仿真步长,统计数据长度为100个采样点,最后对结果加权求平均值,统计结果显示仅为QUEST的三分之一;这种姿态优化估计方法具有一定的工程应用价值。     

空中交通预警与防撞系统(TCAS)风险及对策研究

空中交通预警与防撞系统TCAS对飞行安全非常重要,它能够通过对附近的飞机进行冲突检测,预测未来可能发生的危险,提示飞行员避免危险,帮助机组维持与其他飞机之间的空中交通安全间隔;但TCAS本身依然存在风险;在此对TCAS进行了半物理仿真测试,包括数字样机开发测试、物理样机开发测试、虚拟试飞以及数据统计分析等,对其各项功能进行测试与验证;在参阅众多相关文献的基础上,结合所做的研究工作,讨论了TCAS的主要风险,并针对这些风险,提出TCAS在设计、测试、操作方面需要改进的地方,从各方面完善TCAS,降低其风险,进一步保障飞行安全。     

基于Ziegler-Nichols频率响应方法的自适应PID控制

提出一种基于Ziegler-Nichols频率响应方法的自适应PID控制器,它通过控制回路正常运行中的过程对象输入输出数据在线辨识出过程对象重要的临界频率响应特性,然后基于Zieger-Nichols整定规则或改进的方法在线更新PID控制器参数.PID控制器的自适应过程不需要系统的任何先验知识,也不需要建立任何对象模型,可以保证控制回路始终运行在最佳状态.仿真实验表明了自适应PID控制的有效性和可行性.     

Development of human-machine interface for teleoperation of a mobile manipulator

Human-robot control interfaces have received increased attention during the past decades for conveniently introducing robot into human daily life. In this paper, a novel Human-machine Interface (HMI) is developed, which contains two components. One is based on the surface electromyography (sEMG) signal, which is from the human upper limb, and the other is based on the Microsoft Kinect sensor. The proposed interface allows the user to control in real time a mobile humanoid robot arm in 3-D space, through upper limb motion estimation by sEMG recordings and Microsoft Kinect sensor. The effectiveness of the method is verified by experiments, including random arm motions in the 3-D space with variable hand speed profiles.     

基于综合优化方法的风力发电机故障诊断

支持向量机(SVM)一种新型的统计学习方法。但是作为分类算法,它存在计算量大、运行时间长的缺点。针对LSSVM的参数选择问题,引入物理学中的黑洞概念,建立黑洞模型,结合模拟退火算法,提出了黑洞粒子群-模拟退火算法(BH-PSOSA)。该算法可以增加粒子的多样性,克服PSO算法优化过程中陷入局部极值的问题,提高了优化性能,改善了收敛特性。利用BHPSO-SA算法对LSSVM的参数进行优化选择,用UCI数据库的数据进行分类验证,相比CV参数优化的LSSVM,提高了分类速度和精度。最后把BHPSOSA-LSSVM算法应用到风机齿轮箱的故障诊断中,取得了良好的效果。     

平流层验证飞艇横侧向模型辨识研究

研究采用系统辨识方法建立平流层验证飞艇横侧向模型,针对飞行试验中风的扰动和测量噪声明显,对辨识参数的精度有影响。为解决上述问题,提出了采用滤波误差法,辨识稳定微分和控制微分系数的策略,获得飞艇较精确的平飞横侧向模型。首先考虑飞艇为浮力体,质量和惯量受环境影响较大,很难精确测量的问题,将飞艇非线性模型转化为具有稳定性微分和控制微分的飞艇横侧向线性模型,辨识参数不受质量、惯量变化的影响,并采用滤波误差方法,辨识模型的稳定微分和控制微分,可以减小风的扰动误差对辨识精度的影响,最后用辨识模型进行飞行仿真,将仿真得到的数据和实际飞行试验数据进行对比分析,结果表明,辨识得到的模型可以较好地反映飞艇的动力学特性,可为飞艇偏航控制器的设计提供参考。     

3维图像中边界曲面的分类追踪及抽取

3维图像分析中,边界曲面的检测与重构是一个非常重要的问题。已有的连续隐边界曲面的抽取及逼近计算技术存在着把某些零交叉曲面片错误地识别为边界曲面片的缺陷。为此,提出一个新的边界曲面的追踪及抽取的方法。该方法首先将包含边界曲面的全部立方体分为两类:包含一个连通零交叉曲面片的立方体叫第1类边缘立方体,包含两个及其以上不连通零交叉曲面片的立方体叫第2类边缘立方体;然后根据边界曲面的连续性连通性,便可追踪出两类边缘立方体;对于追踪出的第1类边缘立方体直接提取边界曲面片,对于追踪出的第2类边缘立方体的边界曲面片通过其相邻的第1类边缘立方体来提取。实验结果表明本文方法是可行有效的,而且可以有效地克服已有技术的缺陷。     

一种新型分形微带天线的仿真优化

研究分形微带天线优化问题,针对多频通信需求,要求回波损耗特性实现多频性。传统分形天线结构单一、多频性能差。为了改善其多频特性,利用Cantor集和Koch曲线原理,通过建立不同宽度和长度的导带模型,并将导带宽度较窄的短截线替换为Koch曲线,提出了一种新型的适合TD-SCDMA、WiMax及WLAN的无线通信的三频段分形微带天线。利用CST软件进行仿真,得到了天线仿真回波损耗及方向图,并实测了回波损耗,实测结果与软件仿真结果吻合较好。经实验证明,所设计的天线能很好满足多频通信的需求。     

SINS大失准角初始对准的改进算法研究

在捷联导航系统优化控制的研究中,捷联惯导系统(SINS)初始对准的误差方程存在是非线性,对于静基座初始对准造成误差较大。传统采用的方法是将失准角视为小角度,可将误差模型线性化,利用KF完成静基座的初始对准。但是对于动基座大失准角来说,多采用非线性滤波方式来解决,建立误差模型,并采用UKF滤波进行数据融合。由于非线性模型的噪声参数未知等原因,常规的UKF可能会出现滤波发散现象,为解决上述问题,提出采用自适应方法的UKF来对建立的非线性模型进行滤波。仿真结果表明,在大失准角情况下,采用非线性模型的AUKF比UKF滤波具有更好的对准精度和更快的收敛速度,可为优化设计提供参考。     

基于多载波环融合的GPS高动态信号跟踪方法

研究全球定位系统(GPS)导航高动态接收跟踪信号精度优化问题,针对GPS在高动态环境下信号跟踪精度不高,并容易失锁的问题,提出了一种新的跟踪方法。基于锁相环,锁频环,四象限反正切鉴频器和锁频环辅助锁相环构建多载波环相融合的跟踪环,利用频率和相位判决因子,调整选用不同跟踪环更新本地载波频率发生器以实现稳定跟踪。仿真结果表明,提出的方法在环路噪声带宽较小的情况下能够成功地跟踪加速度为150g的超高动态GPS信号,并在高动态环境下提高了GPS信号的跟踪精度,为多载波设计提供了参考依据。