基于自适应差分进化算法的三轴光电跟踪策略

为解决传统两轴光电跟踪系统的跟踪盲区问题,实现空间目标的全方位跟踪,提出一种存在冗余自由度的三轴光电跟踪系统。在详细分析三轴光电跟踪系统运动学特性的基础上,运用四元数方法建立三轴光电跟踪系统运动学模型,并提出一种基于自适应差分进化算法的三轴全方位光电跟踪策略。通过对系统运动学模型进行分析,得到三轴转动角度之间的关系,从而将求取三轴转角增量组合的三变量优化问题简化为单变量优化问题,并将自适应差分进化算法应用于求取三轴角增量的最优组合当中。仿真和试验结果证明,此三轴光电跟踪策略避免以往三轴跟踪系统在跟踪过程中进行两轴切换的不连续性,可以真正实现系统的三轴联动全方位连续跟踪运动;同时,与现有的其他跟踪策略相比较,该三轴跟踪策略能够以更小的三轴转动角度实现目标的跟踪定位;因而提高了系统的快速性和跟踪性能,具有良好的工程应用价值。     

基于自适应遗传算法的三轴光电跟踪策略

三轴光电跟踪系统由于存在一个冗余横倾轴,可以解决传统两轴光电跟踪系统存在的空间跟踪盲区,全方位跟踪空间目标。在详细分析三轴光电跟踪系统运动学特性的前提下,运用四元数方法建立了存在一个冗余自由度的运动学模型,并设计出一种新的基于自适应遗传算法的三轴跟踪策略。仿真及实验结果表明,基于自适应遗传算法的三轴跟踪策略不需要进行轴系间的运动切换即可避免跟踪盲区,真正实现了系统的三轴联动全方位连续跟踪运动;而且与现有两轴跟踪策略和三轴切换跟踪策略相比,各轴所需的转动角度减小了30%以上,因而提升了系统的跟踪性能,其跟踪快速性提高了30%以上。     

一种小型三轴光电跟踪架设计

针对过顶机动目标的精密跟踪及光电精密跟踪与测量系统的机动性问题,在总结了现有光电精密跟踪与测量设备的优缺点的基础上,提出了一种小型三轴光电跟踪架结构,首先介绍了地平式跟踪架天顶盲区大小与俯仰轴最大倾斜角度间的关系;接着介绍了天顶区域的跟踪策略;最后介绍了俯仰轴倾斜跟踪时,下行光路的控制方法。研究结果表明,小型三轴光电跟踪架结构紧凑且可实现对目标的过顶跟踪,与能实现目标过顶跟踪的常用的三轴光电跟踪系统相比,结构的动态性能更好,也利于设备的机动运输。     

激光发射系统快速反射镜的光线反射过程

为了精确控制光电跟踪复合轴系统的快速反射镜,研究了快速反射镜的反射过程。推导出了快速反射镜镜子转动角度和反射光线转动角度之间的关系,描述了快速反射镜系统的控制方法和软件实现。以推导出的快速反射镜镜子转动角度和反射光线转动角度之间的关系为理论依据,建立了快速反射镜伺服控制系统,对快速反射镜系统进行了锁零实验和跟踪实验,并与母轴系统进行了对比。实验结果显示:快速反射镜在锁零时稳态精度小于1″,且响应快速;在跟踪时系统方位跟踪误差均方根为3.6″,俯仰跟踪误差均方根为8.7″,满足光电跟踪系统对跟踪速度和瞄准精度的要求。得到的结果表明,基于快速反射镜反射过程理论建立的快速反射镜伺服系统提高了激光发射系统的跟踪精度和响应速度。     

光电精密跟踪的双重复合轴伺服系统

介绍了用于光电精密跟踪的双重复合轴伺服系统.分析了该系统的伺服控制原理、稳定性、快速性和提高跟踪精度的功能,给出了系统跟踪误差曲线.     

机载光电跟踪测量设备的目标定位误差分析

光电跟踪和测量设备用于测量飞行器在空中的飞行轨迹,作为飞行器飞行性能的评价。随着现代技术的发展,对飞行器性能提出愈来愈高的要求,从而也对跟踪和测量飞行器飞行轨迹的光电跟踪和测量设备提出了相应的技术进步要求,特别是对其测量精度指标。如何做好和完善误差分析、误差分配和误差综合,成为研制更高性能的光电跟踪测量设备总体设计中的一个重要问题,贯穿从可行性论证、方案论证、方案设计、设计、制造、装调、直到试验等整个研制过程。就这一类设备中最为复杂的机载光电跟踪测量设备的目标定位误差(即3轴上的测量误差),通过建立从被测目标到地面中心测量站9个坐标系,进行31次线性变换,构造35个变量的统一测量方程;进行测量误差因素的分析和分配,以及用蒙特卡洛法来分析和计算系统的目标定位误差。     

光电式太阳跟踪系统的研究

本文设计了一种由光电探测器、控制电路、机械传动机构三部分组成的光电式太阳跟踪系统。通过光电技术现实了太阳光角度数据的实时采集,太阳能电池板转动由控制电路驱动,确保其能够全天候跟踪太阳。通过实验室测试,达到预期设计目标。由于制造运行成本较低,跟踪精度较高,该系统具有广阔的应用前景。     

光电经纬仪测量误差的实时修正

分析了光电经纬仪的测量误差来源及其影响,采用了星体角度法分离得出各项系统误差,并在此基础上编程实现了对测量结果的实时修正。使用这种方法修正了某型号光电经纬仪的测量数据,并对修正前后的测量精度进行比较,得出的结果表明,该修正方法可以使光电经纬仪的精度从原来的15″左右提高到5″以内,也就是修正效果明显,达到了提高光电经纬仪测量精度的目的。     

机器人坐标系与激光跟踪仪坐标系的快速转换方法

针对机器人坐标系与激光跟踪仪坐标系的转换问题,提出一种机器人单轴旋转运动与自身读数相结合的方法。将靶标球安装在机器人末端,用激光跟踪仪实时测量球心坐标,对机器人单轴转动产生的圆弧轨迹进行空间圆拟合,由三个空间圆的单位法向量可得到旋转矩阵。再求取球心初始位置相对于机器人默认工具点的坐标偏移量,便可反推机器人坐标系原点在激光跟踪仪坐标系下的坐标,即平移向量。实验结果表明,转换后空间点X、Y、Z坐标的RMS误差分别为0.216 mm、0.111 mm、0.157 mm。     

超精密机床激光干涉测量系统误差分析及补偿

详细分析了超精密机床加工中,激光测量系统误差组成及其产生机理,给出了有效的修正和补偿手段.影响激光测量系统精度和重复精度的主要误差因素可分为3类：内部误差、环境误差和安装误差.通过实例分析精密机床四轴激光测量系统,设计出了四轴激光测量光路,实现超精密工作台的X、Y、Rz三自由度位置反馈,给出了影响测量精度的误差因素以及对系统精度的影响大小.     

利用动态靶标谐波特性评价光电经纬仪的跟踪性能

提出了一种利用动态靶标实现光电经纬仪跟踪性能等效正弦评价的新方法。分析了动态靶标目标及相应跟踪误差的幅度谱和功率谱特性,提出将动态靶标看作由有限项基频谐波和整数倍基频高次谐波的加权和组成的谐波源。根据被检光电经纬仪跟踪性能设计等效正弦信号,利用动态靶标产生与等效正弦信号同频率的谐波信号完成光电经纬仪跟踪误差系统在该频率下幅频特性函数值的测试。等效正弦的幅值和测得的幅频特性值乘积即为跟踪等效正弦信号的跟踪误差最大值,从而实现了跟踪性能评价。利用该方法测得方位方向的最大跟踪误差为0.65′,远小于4′的指标要求,而利用动态靶标直接检测的值为4.7′。实验表明该方法准确、可行,同时避免了直接利用动态靶标检测时可能使跟踪伺服系统出现过度校正的问题。     

基于级联滑模控制的高精度光电跟踪与捕获

为了进一步提高光电跟踪系统的目标捕获和跟踪性能,提出了一种基于变增益趋近律的级联滑模控制方法。基于反双曲正弦函数和幂次项设计了新型变增益滑模趋近律,在提高滑模面趋近速度的同时抑制滑模抖振现象;基于变增益滑模趋近律设计速度环和位置环滑模控制器构成级联滑模控制,以提高系统的动态响应性能和鲁棒性,提高系统对目标的捕获能力和跟踪精度。最后,以某球形光电跟踪系统的方位轴作为控制对象,进行了传统级联PI控制和级联滑模控制方法的对比分析。实验结果表明,相比于传统级联PI控制,捕获速度为1(°)/s的目标时,级联滑模控制可以将目标捕获时间减小32%;跟踪等效最大速度为4(°)/s和最大加速度为2(°)/s 2的正弦引导信号,可将跟踪误差RMS值减小31%,采用级联滑模控制可有效提高跟踪系统的控制性能。     

小型光电编码器长周期误差的修正

针对小型光电编码器长周期误差成因及分布规律复杂的特点,提出了一种光电编码器长周期误差修正方法。建立了基于正交三角函数基的傅里叶神经网路误差修正模型,将光电编码器输入输出间的非线性优化问题转化为线性优化问题。误差修正模型以高精度基准编码器输出值作为学习目标;引进模拟退火策略的差分进化算法对网络进行训练,保证了在训练的初始阶段具有较强的全局寻优能力和在训练后期具有较快的收敛速度和较高的精度。运用设计的方法对16位小型光电编码器进行了长周期误差修正处理,实际测试显示：编码器的峰值误差由45"~-17.5"减小到10"~-8.75",长周期标准偏差由修正前20.3"减小到修正后4"以下。结果表明提出的长周期误差修正方法提高了光电编码器的精度。     

轴系晃动与动态靶标精度检测

旋转动态靶标是用来检测大型光电经纬仪跟踪精度和动态精度的设备。为了得到旋转动态靶标轴系晃动与精度的关系,利用旋转向量与坐标系变换理论分析轴系晃动对靶标高低角和方位角的具体影响,并对其误差进行分析。由于靶标的动态精度目前还没有设备能够检测,只能根据分析的结果,用自准直仪对静态的轴系晃动进行测量,然后标定静态的精度,验证了静态轴系晃动对靶标的影响与理论计算值一致性很好,然后通过测量靶标动态的轴系晃动来修正靶标的动态精度。     

基于单片机的太阳跟踪控制系统设计

传统的太阳跟踪方式多采用光电跟踪或视日运动轨迹跟踪控制方式,存在着跟踪精度低、有累积误差等缺点。为了改进对太阳的跟踪精度和消除累积误差,提高太阳能的利用率,设计了一种基于Atmega16单片机为控制核心的跟踪控制系统,采用光电跟踪和视日运动轨迹跟踪互补的控制方式。在跟踪策略上,晴天采用光电跟踪,阴天采用视日运动轨迹跟踪,实现了全方位、高精度、全天候的实时精准跟踪。试验结果表明,该控制系统工作性能稳定,实现了实时精确的太阳跟踪。     

在轨飞轮故障诊断混合框架设计

为提升飞轮的可靠性,本文对飞轮故障诊断技术进行了研究。通过对基于数学解析模型与基于智能计算的故障诊断方法的对比研究,提出了一种基于神经网络的混合故障诊断方法。该方法首先使用数学解析模型与原系统输出的差值作为一级残差;而后利用该一级残差以及系统可测状态对神经网络进行训练;然后使用混合模型输出的二级残差对系统故障进行检测;最后以飞轮注入母线电压以及电枢电流故障对该方法进行验证:在存在母线电压故障工况下混合模型避免了解析模型电流估计的发散问题,与单神经网络模型相比最大跟踪误差降低了44%。在存在电流故障时,不同的转速工况下与两种单模型相比混合模型的最大跟踪误差降低了90%,跟踪方差减小了10倍以上。混合方法可以有效解决由于解析模型存在建模误差引起的故障诊断不够准确的问题以及由于缺乏训练数据所引起的单神经网络模型不能适应新工况的故障诊断问题。     

应用跟踪误差等效模型评价光电经纬仪跟踪性能

针对目前光电经纬仪跟踪性能室内检测方法的缺陷,提出了评价光电经纬仪跟踪性能的新方法。基于系统辨识理论建立了光电经纬仪跟踪误差等效模型,将等效正弦信号输入等效模型,通过对模型输出进行数据处理来评价光电经纬仪的跟踪性能。介绍了建立等效模型的原理和等效模型阶次,给出了根据光电经纬仪检测指标进行等效正弦信号设计的方法。为得到精确的模型参数,采用动态靶标目标角频率连续调制模式实现了对光电经纬仪动态性能的持续激励。仿真和实验结果显示,得到的跟踪误差等效模型估计误差均值为(2.5872×10-6)°≈0°,最大值为1.8″,标准差为1.1″,表明建立的等效模型能够满足跟踪性能评价要求,实现了对光电经纬仪跟踪性能的合理、准确评价。