滚转弹的姿态解算研究

传统无控滚转弹存在射击准确度和射弹密集度较差的缺点,而通过飞行试验研究其姿态信息不具有可行性,针对滚转弹实现制导控制的要求,结合双轴测试转台和三轴陀螺组合,通过研究滚转弹绕质心运动学方程,给出了一种滚转弹姿态解算方法,并对该方法进行了软件仿真和半实物仿真试验验证.结果表明,研究的姿态解算方法,可以准确实时的解算出滚转弹在双轴复合运动条件下的姿态信息.     

用线加速度计测量角加速度和线加速度

解决以往六加速度计和九加速度计应用时碰到的问题 .基于动力学原理 ,提出用十加速度计的组合测量刚体的角加速度和线加速度 .理论分析表明 ,该组合可以达到解决问题的目的 .仿真结果显示 ,该方法适用于测量刚体角加速度和线加速度     

一种基于双准直光束的单CCD滚转角测量方法

针对目前滚转角测量难度大的问题,提出了一种基于双准直光束的单电荷耦合器件(CCD)滚转角测量方法,该方法原理简单,测量系统结构紧凑,使用方便。系统利用一个CCD探测2束成一定角度相交入射的LED准直光束形成的光斑位置变化,并通过相应算法解算滚转角。通过Matlab仿真,证明了测量方法的可行性;搭建了滚转角测量实验系统并进行了实验测试,与HP5529A双频激光干涉仪测量结果进行比对,在3000″的测量范围内,滚转角测量的最大偏差为73″,验证了系统方案的可行性。     

在三轴转台上辨识捷联惯性组合数学模型的一种优化测试方案

以三轴转台作为测试设备,提出了用双轴位置滚转法和双轴速率滚转法对捷联惯性组合进行测试,同时应用Ｄ－最优设计准则对试验计划进行了设计,给出了一个在三轴转台上实施的优化测试方案。该方案可以辨识出妻联惯性组合角速度测量和线加速度测量模型方程中降角加速度误差系数外的全部系数。     

蒙特卡罗法在多管火箭弹落点散布仿真中的应用

在建立多管火箭弹空间运动动力学模型的基础上,提出了一种利用蒙特卡罗法进行落点散布仿真的方法.通过仿真能有效分析随机干扰对多管火箭弹落点散布的影响,为获得提高弹丸发射精度的方法提供实验依据.     

柔性火箭弹气动力计算精度预测

为验证小变形小攻角下基于准定常和线性理论进行柔性火箭弹气动力计算的合理性,采用计算流体力学(CFD)方法预测了某火箭弹的升力及阻力系数,并在此基础上与经验公式相结合,获得该火箭弹沿轴向的单位长度升力和阻力系数导数分布.应用多体系统传递矩阵法计算了该火箭弹的固有频率和振型,在准定常及线性理论的假设条件下,结合已得到的气动力系数导数,计算了基于火箭弹一阶振型的两个弯曲模型在不同攻角下的单位长度气动力系数分布.与CFD计算结果进行对比,发现该火箭弹在实际飞行条件下,该计算方法精度较好,在远超于实际的大变形时、攻角较大的情况下在头部和弹身处仍具有一定精度,但尾部误差较大,总体精度降低.     

三角翼滚转运动下的抖振特性分析

建立了流动控制方程,结构动力学方程与滚转运动方程多学科耦合仿真系统,研究了三角翼滚转情形下的抖振现象.采用N-S方程求解非定常气动力,模态叠加法计算结构动力学方程,数值模拟了60°后掠三角翼无滚转时的气动弹性响应.得到的抖振加速度均方根与实验结果吻合良好.与无黏计算结果的对比表明,空气黏性对抖振加速度起到一定的抑制作用.引入滚转运动方程,模拟了三角翼滚转运动影响下的抖振响应.与无滚转情形相比,滚转运动下流场与低频模态间的耦合效应大幅增强,抖振振幅与加速度均方根比无滚转时明显增大.此外,非对称涡流流场使得背风面的气动载荷和抖振加速度高于迎风面.研究结论可供三角翼结构设计和疲劳分析参考.     

高速大长径比火箭弹动态特性分析

目的　分析高速大长径比火箭弹的动态特性 .方法　建立有限元模型 ,利用 ANSYS软件对火箭弹进行模态分析 .结果　通过有限元分析 ,得到了火箭弹的各阶模态 .结论　通过与实测固有频率的对比 ,验证了模型的合理性及计算的精确性 ,为火箭弹的动态特性设计提供了一种有效的方法     

多管火箭弹射击精度的复合形法优化

为了提高多管火箭弹等武器射击精度,通过对多管火箭弹射击精度影响因素分析,在不改变武器发射系统总体结构、发射环境的前提下,采用复合形优化算法,以射击间隔和发射顺序为设计变量,建立了多管火箭弹射击密集度优化模型,形成基于复合形法的多管火箭弹射击密集度优化方法,为多管火箭武器的射击精度优化提供参考。优化仿真结果表明,优化后多管火箭弹射击密集度得到显著提升。     

小型卫星立式对接测试平台的动力学分析

为了研究小型卫星立式对接测试平台的动力学特性,对测试平台和三爪式对接机构进行了动力学联合仿真,建立了接触瞬间滚转装置的动力学模型和试验系统坐标系,分析了接触点的作用力,采用质量动代换的方法对运动装置进行简化,建立了对接初始条件下滚转装置的动力学方程.依据Hertz弹性碰撞模型理论,利用ADAMS软件分别在正碰和斜碰状态下选取两组对接初始条件进行了动力学仿真.仿真结果表明:不同初始条件下的球关节运动学特性及受力状况是不同的,球关节质心处的受力随着初始角度的增大而变大,而且运动学特性也随之改变.     

气动柔性手腕结构设计与实验研究

采用伸长型驱动器和球形制动器研制了一种气动柔性手腕。采用静力学实验的方法,分析了手腕端盖转角与气压关系,当气压值为0.34MPa时,手腕端盖转角为41°。采用理论与实验相结合的方法,分析了手腕制动器的力学特性,当气压值为0.4MPa时,制动器气囊轴向推力为107N,并得到了手腕制动力矩方程。     

Design of the Rotation Angle Measurement System for the Atmospheric Dispersion Corrector (ADC)

In order to measure the rotation angle error of the worm and gear mechanisms in the atmospheric dispersion corrector( ADC),a novel measurement system based on the autocollimator is designed in this paper.Based on the position relations between the shaft and spot converged by rays of autocollimator,the rotation angle can be calculated quickly and conveniently using a brief algorithm. An optical wedge is introduced to the measurement system for suppressing the awful measuring error caused by the axial wobbly error. The measurement system can measure the shaft rotation angle at any rotation position,which is the novel usage of the two-dimensional autocollimator. Its optical layout is very simple. Only an optical wedge and two plane mirrors are needed besides the autocollimator. The measurement accuracy of the proposed method is less than±0.5 arcmin. In the measurement of two worms and gears mechanisms in ADC,the rotation angle error are±0.05° and ±0.07° respectively,which all satisfies the design demand( ±0.1°). The proposed measurement system can be also suits for some engineering fields.     

Analytical Solution for an Elastic Sphere Indenting a Layered Half-Space

基于大气色散校正器的转角测量系统设计

李文杰^1,2,穆全全^1*,王少鑫¹,杨程亮¹,王海萍¹,曹召良¹,宣丽¹

(1. 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,应用光学国家重点实验室,长春 130033; 2.中国科学院大学,北京 100049)

创新点说明：

基于自准直仪,利用光楔设计一种转角测量系统,不仅可以实现转角的整周测量,而且结构简单,并能抑制轴系倾角回转误差对测量结果的影响,可广泛应用于其他的工程领域。

研究目的：

本文提出一种新的转角测量方法,该方法能抑制轴系倾角回转误差对测量结果的影响。

研究方法：

利用光楔和反射镜的组合设计了新的转角测量方法,可实现转角的整周测量。文中首先通过理论分析原始方法的缺点,在此基础上提出利用光楔代替传统方法中的反射镜,实现光线的偏折,可抑制轴系倾角回转误差对转角测量的影响。并对传统方法和本文所提新方法进行对比试验,验证所提新方法的优越性。

结果：

传统方法和新方法获得的转角测量误差分别为±1.5°和±0.05°,而且本文新方法中测量点的分布更加的随机。利用设计的方法测量两对蜗轮蜗杆机构的转角误差分别为±0.05°和±0.07°,均满足设计要求（±0.1°）。

结论：

本文基于自准直仪,设计了一种转角测量系统,利用光楔代替反射镜,实现对出射光线的偏折,可抑制轴系倾角回转误差对测量结果的影响。该系统不仅结构简单,还能实现转角的整周测量,大大扩展了自准直仪的应用范围。

关键词：光学测量;转角;自准直仪;轴系倾角回转误差;光楔

     

Angle measurement error and compensation for decentration rotation of circular gratings

As the geometric center of circular grating does not coincide with the rotation center,the angle measurement error of circular grating is analyzed. Based on the moire fringe equations in decentration condition,the mathematical model of angle measurement error is derived. It is concluded that the decentration between the centre of circular grating and the center of revolving shaft leads to the first-harmonic error of angle measurement. The correctness of the result is proved by experimental data. The method of error compensation is presented,and the angle measurement accuracy of the circular grating is effectively improved by the error compensation.     

Center of rotation estimation for rocket nozzle by infrared reflective makers and image sequences

The determination of an accurate center of rotation of rocket motor nozzle or other object to be measured is of great interest across a wide range of applications,such as rocket,missile,robotics,industry,spaceflight,aviation and human motion analysis fields,particularly for clinical gait analysis.A new approach was proposed to estimate the moving objects’ instantaneous center of rotation and other motion parameters.The new method assumes that the two segment of object to be measured are rigid body which rotates around a center of rotation between each other relatively.The center of rotation varies with time in the global coordinate system but is fixed in the local coordinate system attached to each segment.The models of rocket motor nozzle and its movement were established.The arbitrary moving object’s corresponding to motion equations were deduced,and the least square closed-form solutions of the object’s motion parameters were figured out.It is assumed that the two high speed CCD cameras mounted on the 750 nm infrared(IR) filter are synchronized and calibrated in advance.The virtual simulation experiment using 3D coordinates of markers was conducted by synchronized stereo image sequences based on 6-DOF motion platform and the experimental results prove the feasibility of our algorithm.The test results show that the precision of x,y,z component on center of rotation is up to 0.14 mm,0.13 mm,0.15 mm.     

基于Arduino的目标跟踪系统设计

利用Arduino设计并实现了一种目标跟踪系统。该系统包括图像采集处理、基于Arduino开发的下位机软件和舵机云台3个模块。相机实时接收图像,对捕获到的图像进行预处理,调用OpenCV中的函数对图像进行霍夫圆检测。计算机通过串口与Arduino开发板连接,将图形位置信息数据实时发送。通过Arduino控制舵机的转动角度,精确调整相机的方位、俯仰姿态,完成实时的目标追踪。实验结果表明,在使用Python开发的计算机软件中,通过动态目标视觉检测以及PID控制的角度输出,舵机云台实现了很好的控制效果,使二维转台实现圆形识别跟踪。     

基于欧拉角分析法的电动二维转镜读数修正

针对电动二维转镜在进行光学转像或扫描时产生的转角值与像移值不一致的现象,提出了一种软件修正读数的方法。利用欧拉角知识分析了二维转镜的运动姿态,建立了二维转镜的运动模型,推导出二维转镜旋转矩阵。根据平面光学知识得出出射光线的俯仰角与方位角,并通过软件对俯仰方位读数进行修正。验证试验结果表明,修正后二维转镜在俯仰方位两个方向上的读数精度达到4秒。     

基于BP网络算法的大地测量误差检测技术

针对大地测量检测时间长、检测过程成本较高,且检测结果准确度较低的问题,提出一种基于BP神经网络算法的大地测量误差检测方法.对大地测量的基本原理进行分析,通过对测量所得数据的综合计算得到待测量目标相对位移及旋转角度相关测量结果,构建基于BP网络的测量误差预测模型;将测量结果输入模型,得到的输出值即为预测误差,利用动态贝叶斯检验算法判断测量结果是否准确.结果表明,所提测量误差检测方法的检测结果准确率在90%以上,且检测过程所需时间与成本消耗低于实验对比方法,证实了所提方法的检测准确率及检测效率.     

基于PI模型的AFM压电陶瓷执行器迟滞误差补偿

本文针对原子力显微镜（Atomic Force Microscopy,简称AFM）迟滞特性易降低扫描图像精度,根据微位移测量的方法建立了可以精确描述AFM系统中压电陶瓷器执行器（Piezoelectric Ceramic Transducer,简称PZT）迟滞误差模型并提出了合适的误差补偿方法。首先,原子力显微镜作为测量工具,获得一系列特征样品的扫描图像,通过计算扫描图像数据计算出压电陶瓷的微位移。接着,依据微位移数据建立AFM系统中压电陶瓷执行器迟滞误差模型。最后,通过对压电陶瓷PI （Prandtl-Ishlinskii）迟滞误差模型解析求逆进行补偿控制方法研究。实验结果证明,PI迟滞误差模型可以精确描述AFM系统中压电陶瓷执行器的迟滞现象,基于该模型的补偿控制方法可以有效减小迟滞误差,是提高AFM系统中压电陶瓷执行器定位精度的一种有效方法。     

一种角度融合算法在姿态角解算中的应用

利用四元数求解姿态变换矩阵，采用三轴旋转的方式复合成姿态角变换矩阵，建立在姿态测量中的标度变换从而完成该算法的软件设计，然后通过对测量传感器MPU6050的电路设计和编程实验，并且建立上位机3D模型，验证该算法可以全姿态工作，实时性较强，计算量适中，测量结果满足水准仪测量应用中的需求。