光电跟踪系统噪声分析及其抑制

噪声是光电跟踪系统的一个关键问题。分析了影响光电跟踪系统跟踪性能的两种主要噪声-脱靶量噪声和力矩波动引起的噪声,及其与闭环带宽的关系。从抑制噪声的角度综合给出了速度回路和位置回路带宽的设计策略。分析表明,高的速度回路和位置回路带宽有利于抑制力矩波动引起的随机噪声,而对脱靶量噪声而言,低位置回路有利于对该噪声的抑制。进一步分析表明,力矩波动主要对速度回路的影响较大,也主要靠速度回路来抑制。力矩波动引起的随机跟踪误差比脱靶量噪声引起的随机跟踪误差小一个数量级,约为后者的1/6~1/10。因此在设计位置回路带宽时,可以不考虑力矩波动的影响。     

变结构PI控制器的设计及其在光电跟踪系统中的应用

为了给光电跟踪系统提供高性能的伺服控制,基于传统的PI控制器原理,结合变结构的思想,设计了一种变结构PI控制器(VSPI)。介绍了该控制器的工作原理并讨论了设计参数的选择。基于某型号光电跟踪系统,分别对采用了VSPI、抗积分饱和PI控制器(AWPI)和积分分离PI控制器(ISPI)作为位置回路控制器的伺服控制系统进行了仿真和实验。实验结果表明,采用了VSPI的光电跟踪系统基本无超调,上升时间为0.378s,稳定时间为0.488s,跟踪精度为1.26″。该系统结构简单,能实现嵌入式实时控制;与其他两种控制器相比综合性能更好,完全满足光电跟踪系统精度高、响应快的要求。     

某小型光电跟踪系统中的模糊控制设计

某小型光电跟踪系统因视场小,对系统的跟踪精度、速度和稳定性提出了较高的要求。在光电跟踪系统中采用了模糊控制方法,结合某型装备进行模糊控制器的设计,并通过实验表明模糊控制能够有效的提高该跟踪系统的跟踪精度、速度和稳定性。     

数字闭环加速度计的带宽测试

为了测试数字闭环加速度计系统的带宽,对国军标1037A-2004中的电模拟法进行了改进。首先,讨论了用国军标1037A-2004中的电模拟法测试数字闭环加速度计带宽存在的不足,然后,对加入激励信号的数字闭环加速度计系统的检测电路及闭环控制模型进行分析。分析显示,在系统的反馈回路加入激励信号最终可以在输入端等效为外界输入加速度,且该系统的动态模型与传统机械激励测试法系统的动态模型一致。最后,提出一种在数字闭环加速度计的反馈回路外加激励信号来测试该系统带宽的方法。实验表明:数字闭环加速度计系统的实测-3dB带宽值为320Hz左右,与理论值(345Hz)基本吻合。该方法具有精度高、误差源少、便于在线测试等特点,可满足大多数数字闭环加速度计的带宽测试要求。     

实时特征级数据融合系统在光电经纬仪上的应用

为满足含有多个成像系统的光电经纬仪跟踪实时性的要求,保证其跟踪的精度与可靠性,设计并研制了符合MIMD架构的计算系统.对经纬仪预测滤波、数据融合问题进行了理论推导,证明该算法需要大量的数值计算.为满足上述计算要求,开发出一套具有双DSP,单FPGA的3个运算单元的专用片行计箅系统,分析了每个运算单元实时运算的时间开销.仿真实验表明,在具有3个成像系统的光电经纬仪中,当CCD采样频率为50 Hz时,光电编码器采样频率为800 Hz,该系统可以满足1.25 ms的实时性要求.     

基于虚拟仪器技术的嵌入式计算机自动测试系统

基于PXI平台设计了某产品嵌入式计算机自动测试系统,该系统采用虚拟仪器技术,软件基于IabVIEW 8.0开发设计.测试系统由某产品嵌入式计算机、PXI-1042机箱、PXI-8186控制器、PXI-7811R智能数字RIO卡、PXI-6224数据采集卡、PXI-6713模拟输出卡和基于虚拟仪器的人机界面组成.该系统可模拟生成测试所需的多种激励信号及传感器信号.可在不需要载机参与的情况下实现某产品嵌入式计算机系统的自动测试、检验和分析,提高了产品检测的效率和可靠性.     

结构滤波器在望远镜主轴控制系统中的应用

为了提高望远镜控制系统的闭环带宽和动态性能,研究了结构滤波器对控制系统闭环性能的影响。根据望远镜机械跟踪架的弹簧质量模型推导了系统的传递函数,分析了电机和负载转动惯量与谐振频率的关系,设计了基于系统开环频率特性的结构滤波器。将设计的结构滤波器串联入控制回路,用于减小机械谐振的幅值。介绍了结构滤波器的设计方法,以及加入结构滤波器后对控制系统闭环性能的影响。最后,在2m望远镜跟踪架转台上进行了验证实验。结果表明,加入结构滤波器后系统的闭环带宽由10Hz提高到了13 Hz,有效地抑制了速度的稳态谐振,提高了望远镜控制系统的速度跟踪性能。得到的实验结果验证了结构滤波器能够有效地提高系统的动态性能。     

基于LabVIEW和PXI平台的某产品嵌入式计算机自动测试系统

基于PXI平台设计了某产品嵌入式计算机自动测试系统,该系统采用虚拟仪器技术,软件基于LabVIEW8．0开发设计。该系统可模拟生成测试所需的多种激励信号及传感器信号,可在不需要载机参与的情况下实现某产品嵌入式计算机系统的自动测试、检验和分析,大大提高了产品检测的效率和可靠性。     

激光跟踪仪的光电瞄准与定位系统

考虑激光跟踪仪的光电瞄准与定位直接影响仪器的整体测量精度和使用性能,讨论了激光跟踪仪的光电瞄准和跟踪定位控制技术并提出了光电探测瞄准、信号调理采集、数字处理及智能跟踪伺服的系统整体技术方案。对系统关键部件进行选型,利用角锥棱镜和位敏探测器(PSD)作为光电探测核心,设计了探测光路和信号处理电路。研制了系统样机,搭建了目标位移量标准测试平台,对样机光电瞄准系统探测信号进行了测试。测试结果显示:采用该设计方案设计的激光跟踪仪样机的静态定位测量精度达到6μm,随机动态跟踪测量速度大于1m/s。结果表明:提出的方法可解决激光跟踪仪定位精度低、动态跟踪效果差等常见问题,可为研制高精度、大范围、大尺寸测量仪器提供技术参考。     

基于ARM和FPGA的多功能仪表的研究与实现

本文介绍了多功能仪表的具体设计方案,该仪表以嵌入式系统(ARM)与FPGA和高速A/D为基本架构,结合计算机控制和接口技术,LCD显示技术,并充分利用ARM与FPGA技术在数字化系统设计中的优势设计实现了具有存储示波器、信号发生器、频率计及万用数字电表等功能于一体的多功能仪器,其样机本身及其测量结果经计量检测达到设计要求。     

方位俯仰型虚拟跟踪瞄准装置的机电动力学仿真

以方位俯仰型跟踪瞄准系统为研究对象,基于机电动力学的Lagrange-Maxwell方程,给出了非线性的双轴耦合机电动力学模型;并以某高功率微波天线为例,完成了基于PID控制算法的跟踪瞄准机电动力学仿真。仿真结果证实了方位俯仰跟瞄装置的机电动力学模型的合理性,并且为目标跟瞄系统的虚拟现实研究提供了理论依据。     

四旋翼飞行器轨迹跟踪控制器的设计与验证

为了解决四旋翼飞行器在外界扰动影响和系统模型参数存在不确定性情况下的精确轨迹跟踪控制问题,设计并验证了一种四旋翼飞行器的非线性轨迹跟踪控制器。首先建立了考虑执行机构特性的四旋翼飞行器数学模型,并将虚拟控制量映射到了实际中对电机的控制;然后通过在反步法轨迹跟踪控制中加入积分项,设计了一种基于积分型反步法的非线性轨迹跟踪控制器,消除模型参数不确定性及外界干扰引起的误差,仿真结果验证了该方法的可行性;最后,利用QBall2四旋翼飞行实验平台,对所设计的非线性轨迹跟踪控制器进行验证,实际飞行实验结果表明了所设计控制器的有效性,提高了实际飞行过程中外界干扰和不确定性下的四旋翼飞行器轨迹跟踪控制的精度。     

嵌入式系统在机电控制中的应用

介绍了嵌入式系统及其特点,讨论了嵌入式微处理器、软硬件开发平台及嵌入式实时操作系统的选择。以Stewart平台伺服控制器为例介绍了嵌入式系统在机电控制系统中的应用及实现方法,通过对典型信号的跟踪结果表明系统设计是成功的。     

蛇形机器人跟踪误差预测的自适应轨迹跟踪控制器

为了满足蛇形机器人轨迹跟踪运动的精度需要,消除外界干扰对机器人跟踪误差的影响,提出了一种蛇形机器人跟踪 误差预测的自适应轨迹跟踪控制器。 所提出的控制器实现了机器人干扰变量、摩擦系数和控制参数的预测,并用预测值和虚拟 控制函数来补偿系统的控制输入,抵消了蛇形机器人在轨迹跟踪过程中的侧滑角,避免了干扰变量对机器人带来的负面影响, 提高了轨迹跟踪的误差稳定性与控制精度。 在建立蛇形机器人模型后,利用积分形式的侧滑角补偿项改进了视线法,并设计了 蛇形机器人的自适应轨迹跟踪控制器。 使机器人的位置误差在 10 s 内实现收敛,角度误差小于 0. 03 rad,预测值误差在 5 s 内 收敛。 通过仿真实验,验证了所提出的控制器的有效性和优越性。     

基于广义预测相邻耦合理论的多点顶推系统同步控制策略

针对多点顶推系统的同步控制问题,提出了一种广义预测相邻耦合同步控制策略。根据多变量广义预测理论,建立了多缸电液伺服系统的CARIMA模型。结合相邻耦合控制理论,构造了同步误差观测器,预测了同步误差。对广义预测控制算法进行了改进,在性能指标中嵌入跟踪误差与同步误差及其差分量,确保同步误差与跟踪误差在全局范围内并渐进收敛于零。实验表明该策略较之主从式PID控制策略,具有更好的跟踪性能和同步性能。     

嵌入式智能视频跟踪系统

阐述智能视频监控系统的工作流程,重点介绍嵌入式智能视频跟踪系统的设计与实现。以嵌入式处理器PXA270为基础,采用USB摄像头采集视频数据,运用改进的CamShift跟踪算法,实现运动目标跟踪。     

STUDY ON HUMAN-COMPUTER SYSTEM FOR STABLE VIRTUAL DISASSEMBLY

The cooperative work between human being and computer based on virtual reality (VR) is investigated to plan the disassembly sequences more efficiently. A three-layer model of human-computer cooperative virtual disassembly is built, and the corresponding human-computer system for stable virtual disassembly is developed. In this system, an immersive and interactive virtual disassembly environment has been created to provide planners with a more visual working scene. For cooperative disassembly, an intelligent module of stability analysis of disassembly operations is embedded into the human-computer system to assist planners to implement disassembly tasks better. The supporting matrix for stability analysis of disassembly operations is defined and the method of stability analysis is detailed. Based on the approach, the stability of any disassembly operation can be analyzed to instruct the manual virtual disassembly. At last, a disassembly case in the virtual environment is given to prove the validity of ab     

Improved adaptive integral line-of-sight guidance law and adaptive fuzzy path following control for underactuated MSV

This paper presents an adaptive fuzzy path following control law based on an improved adaptive integral line-of-sight (IAILOS) guidance law for the underactuated marine surface vessel (MSV) exposed to the time-varying ocean currents and time-varying sideslip angle. Initially, the IAILOS guidance law is proposed which can not only calculate the desired yaw angle but also estimate the time-varying ocean currents and time-varying sideslip angle simultaneously. Furthermore, the adaptive fuzzy path following control law is established by combining with the estimator to cope with the MSV’s attitude tracking control and velocity tracing control problem via backstepping technique. Specifically, the dynamic uncertainties and unknown environment disturbances are compensated by the fuzzy logic system with fuzzy updating law based on estimation error rather than tracking error. Additionally, two high-order tracking differentiators (TDs) are designed to construct derivatives of virtual control vector and reduce computational complexity inherent in backstepping method. It is proved that the proposed adaptive fuzzy path following control law can drive the vessel to track the desired path and tracking error can converge to an arbitrarily small compact set, while guaranteeing all signals in the closed-loop control system are uniformly ultimately bounded. Finally, simulation results and comparisons are carried out to demonstrate the effectiveness of the proposed control approach.     

虚拟现实环境下载人机动装置仿真系统

系统地介绍了载人机动装置(MMU,Manned maneuvering unit)的虚拟现实仿真环境,建立了MMU动力学／运动学模型、推力系统模型。根据航天员太空行走的特点,建立了航天员多体模型,利用位姿跟踪设备记录操作者的肢体运动信息,并将该信息正确地映射为虚拟环境下航天员的肢体运动。所得到的运动信息实时参与航天员动力学／运动学计算,更加真实地反映出航天员太空行走过程。从虚拟样机控制系统的快速设计和仿真的目的出发, 建立了虚拟现实环境下MMU的分布式仿真系统。控制系统的设计和仿真在MATLAB/Simulink环境下完成,利用网络通信手段实现控制系统与MMU仿真主程序之间的协同仿真。