空间光通信ATP系统中的跟瞄技术

在空间光通信中,为实现准确捕获和高精度跟踪,ATP系统采用复合轴控制技术。复合轴控制系统的主轴控制,即粗跟踪控制, 其系统由速度环路和位置环路组成, 控制过程由TMS320VC5416 高性能DSP芯片来完成。仿真和实验结果表明,主轴控制系统的跟踪精度在1 以内,满足ATP系统对精度的要求。     

光电精密跟踪中的复合轴控制系统的实验和研究

从理论上分析了复合轴控制系统的稳定性、快速性和跟踪精度，提出了提高子、主系统的带宽比对复合轴系统的重要意义。同时，本文设计了一个一维复合轴控制系统，对复合轴系统进行了实验。研究了子轴采样频率、子轴带宽以及子、主系统带宽比和复合轴系统动态跟踪精度的关系。并对于轴的误差进行了分析，得到了子轴误差产生的主要原因。文章最后给出了本文的结论。     

包装机械多轴相邻交叉耦合同步控制

目的为提高包装机械的同步控制性能,以实现高速、高精度的包装过程。方法以三伺服全自动枕式包装机械的速度同步控制为研究对象,分析了三伺服枕式包装机的工作过程。针对主从同步控制的精度不高等问题,提出一种基于相邻交叉耦合控制算法的包装机械三轴同步控制方法。详细论述三轴同步控制的基本原理,并给出具体的控制模型。结果该控制方法不仅考虑各轴自身的跟踪误差,而且还包括与相邻两轴之间的同步误差,可以弥补主从控制方式的不足。结论仿真和实验结果表明该控制策略不仅同步性高、稳定性好,而且收敛速度较快。     

预测轨迹修正单检测型复合轴控制方法

提出并实现了基于实时预测轨迹修正的单检测型复合轴控制方法.利用一个目标探测与处理系统即可同时实现粗、精跟踪闭环.在目标提取困难时可有效提高跟踪可靠性,降低了光电跟踪设备对探测器的探测能力的苛刻要求及高度依赖性,同时,降低了粗精跟踪控制器带宽匹配的要求.本文在对比一般单检测型复合轴控制方法的基础上给出了实时轨迹修正单检测型复合轴控制方法的原理,速度修正所使用的预测滤波方法,以及跟踪实验结果.实验结果表明了该方法的有效性和可靠性.     

电视跟踪系统的复合控制延迟卡尔曼滤波算法

为解决电视跟踪系统中由于脱靶量滞后存在降低系统跟踪精度的问题,在电视跟踪等效复合控制系统中提出了一种改进的卡尔曼滤波算法--电视跟踪延迟卡尔曼滤波算法,以对脱靶量滞后信号进行补偿.并在电视跟踪等效复合控制系统中对该算法进行了仿真实验.实验结果证明:①该算法在电视跟踪等效复合控制系统中是有效的;②该算法比以往的无延迟卡尔曼滤波算法和脱靶量延迟补偿滤波算法更有效地改善了速度预测误差,减小了跟踪误差,从而提高了电视跟踪系统的跟踪精度.     

单探测器复合轴伺服系统解耦技术的研究与实现

本文分析了单探测型复合轴系统探测器大视场与高帧频之间的矛盾以及主轴与子轴单元控制输入耦合的问题。采用智能相机控制技术,在线调整CCD探测器的工作参数,实现了探测器在捕获/粗跟踪阶段大视场与精跟踪阶段高探测帧频状态之间的切换;将PZT位置输出与脱靶量进行位置信息的合成并将该信息作为主轴控制输入以保证子轴正常工作。并对系统控制方法进行了仿真,提出根据跟踪精度作为判断系统是否解耦的方法。实验结果表明该方法消除了系统的耦合,取得了较好的控制效果。     

基于小波分析的模糊控制算法应用

针对空间跟踪系统的特点及对伺服控制的技术要求,采用基于小波分析的模糊控制器,将小波基函数作为隶属函数,可根据误差在线调整隶属函数的形状,使模糊控制具有更优、更强的自适应能力。仿真与实验结果表明这种控制器比常规的PID控制器具有更好的动态性能和抗干扰能力,能很好的用于跟踪系统的控制。     

激光跟踪仪系统测量不确定度预测方法研究

针对测量系统的测量不确定度预测问题,将现代信息论的思想应用于激光跟踪仪测量系统的测量不确定度分析与预测中,采用现代信息论中的时间序列自回归模型(AR模型)建立测量系统不确定度预测模型,揭示测量系统的结构与规律,对测量系统进行预测分析,提高测量系统的测量精度.通过建立基于AR模型的激光跟踪仪测量系统的测量不确定度预测模型,对激光跟踪仪系统的测距误差进行了预测分析.仿真实验表明,基于AR模型的测量系统的测量不确定度预测模型具有良好的精度,而且该模型预测分析数据具有可靠性.     

无线光通信系统捕获、瞄准和跟踪研究进展

无线光通信是指以光波作为载体在自由空间中传递信息的技术,具有带宽高、成本低和安全性高等优点。捕获、瞄准和跟踪(acquisition, pointing and tracking, APT)系统是建立无线光通信系统的前提,简单、可靠、动态性能好的APT系统可以克服由机械平台震动及外界环境变化对无线光通信系统的影响。因此,需要对APT系统进行较为深入的理论和实验研究,从而设计出一种适合无线光通信的捕获、瞄准和跟踪方法。本文分析了国内外在捕获、瞄准、跟踪方面的研究成果,同时介绍了西安理工大学在自动瞄准方面所做的工作,主要包括初始捕获系统、非共视轴控制系统、光束检测系统等方面的进展,以及1.3 km、5.2 km、10.2 km、100 km距离链路的外场实验,验证了APT系统的有效性。最后展望了无线光通信中APT的发展。     

激光跟踪仪角度采集系统设计及误差修正研究

高精度的角度采集和测量是激光跟踪仪实现跟踪和精密测量的关键。针对激光跟踪仪中采用的圆光栅编码器,本文介绍了一种基于FPGA的数据采集系统的设计与实现方法。该采集系统分为滤波、计数、通信三大模块。数字滤波模块用于消除跟踪控制过程中跟踪头振动、抖动产生的信号干扰;计数模块实现方波脉冲的倍频、辨向及计数;通信模块实现跨时钟域的数据传输。系统通过Modelsim仿真及实验测试验证了方法的可行性与可靠性。采用谐波分析方法对角度误差进行了修正,测量误差由3.5″降低到1.5″。本文设计的角度采集系统及谐波分析误差修正方法具有一定的通用性,可广泛应用于相关领域。     

复合轴结构的运动关系分析

根据矢量旋转和坐标变换，以及反射镜变换的数学方法，讨论了基本复合轴结构中视线矢量在探测器坐标和基础坐标之间的变换关系，并分析了反射镜作用范围与需要校正的误差的关系，跟踪探测器输出误差信号与物方跟踪误差，以及与跟踪镜控制量的关系。     

空间光通信系统的设计及实现

提出一种较全面的空间光通信系统结构。该系统的光发射接收子系统采用三发三收的设计方法,以增大光的发射功率和接收功率;APT子系统采用望远镜进行粗瞄准,音频调制光标信号进行精瞄准;控制子系统采用Ethernet接口,远程通过Internet对系统进行测量和控制的设计方法。给出一个近地大气空间光通信系统的设计实例, 其信号传输速率为155Mbps,传输距离为4km,在误码率不大于10-9条件下,系统接收灵敏度达到-52dBm。     

姿态受控柔性臂空间机器人的自适应神经网络容错控制及残振抑制

针对执行器发生部分失效故障的漂浮基姿态受控柔性臂空间机器人系统,研究了执行器故障的容错控制及柔性臂杆残余振动的主动抑制。结合假设模态法、线动量守恒定理和第二类拉格朗日方程建立了系统的动力学微分方程。基于奇异摄动理论将系统分解为一个表征载体姿态与关节轨迹跟踪的慢变子系统和一个表征柔性臂杆残余振动的快变子系统;据此设计了由慢变子系统的自适应神经网络容错控制器与快变子系统的线性二次型最优调节器组成的复合控制器;其中,慢变子系统的容错控制器使得系统对执行器故障不敏感,保证了跟踪误差的渐进收敛;快变子系统的最优调节器可以有效地抑制柔性臂杆引起的残余振动,减少能量损耗。对比数值仿真校验了理论推导的正确性与复合控制策略的可行性。     

一种基于人工鱼群算法的微机电系统加速度计静态修正方法

微机电系统加速度计是惯性跟踪系统的一部分,用来获得运动的位置信息。为了对运动姿态进行精确定位,必须对它的误差进行修正。根据加速度计误差来源和产生机理建立了误差模型,通过分析误差模型,提出了一种基于人工鱼群算法修正加速度计静态误差的方法,并与六位置测试法比较。前者在一定程度上降低了误差,提高了测量角精度,使微机电系统加速度计输出能够准确反映出真实值。     

基于前馈控制的高速大行程圆弧滑轨位置控制

针对高速大行程圆弧滑轨系统运行时,受圆弧轨道弧度和轨道段连接问题的影响,负载小车运行不稳定、响应速度不快、末端位置定位误差大的问题,设计了一套双轨式机械滑动结构,以提高小车运行稳定度。在控制系统方面,位置环采用前馈控制,结合PID控制提高了电机的控制精度。建立了圆弧滑轨平台的数学模型,在MATLAB仿真环境中建立了基于前馈控制的仿真模型,并搭建了实验平台。仿真实验结果表明：在无前馈控制的情况下,跟踪误差范围为[-0.4,0.4]mm,引入前馈控制后,跟踪误差为[-0.18,0.18]mm,系统跟踪精度提高了1.2倍,系统响应速度提高了16.7%。实验结果表明：在前馈控制条件下,小车理论位置误差保持在[-0.2,0.2]mm,实际位置误差为0.69 mm,均小于设计所要求的1 mm,并且系统具有较快的响应速度。研究结果为滑轨系统的机械设计和性能测试提供了有效的参考数据,可促进轨道系统测试的工业自动化。     

动态高型控制方法在电视跟踪系统中的应用

为了提高电视跟踪系统的跟踪精度,提出了在不改变原有控制系统参数的基础上,根据系统的跟踪误差,在平稳跟踪阶段动态地并入积分环节,并且在跟踪误差较小时不去掉积分环节,从而构成高型系统的控制方法。实验表明,当积分增益K=2时,系统的最大跟踪误差为170';当积分增益K= 4时,系统的最大跟踪误差为93'。     

基于超螺旋滑模扰动观测器的永磁同步电机无传感器抗干扰控制策略研究

目的 提高包装行业中自动化设备的工作精准度,优化传统永磁同步电机无传感器控制系统的稳定性,提高电机遭遇内外扰动后的系统鲁棒性和抗扰动性能。方法 引入超螺旋滑模算法,设计一种超螺旋滑模MRAS观测器来提高系统的稳定性,同时利用滑模扰动观测器对电机良好的动态进行性能追踪,利用超螺旋滑模算法对其进行性能优化,提出超螺旋滑模MRAS观测器和超螺旋滑模扰动观测器对永磁同步电机复合控制的策略。结果 该方案有效降低了电机遭遇扰动时转速估计误差,误差在0.8r/min附近波动,明显提高了电机控制系统遭遇干扰后的响应速度。结论 在MATLAB/SIMULINK中进行实验仿真,结果表明所提控制策略提高了系统的鲁棒性和追踪精度,加强了系统的抗干扰能力。     

基于模糊迭代Q-学习的冶金工业机器人轨迹跟踪控制研究

冶金工业机器人在现代工业生产中扮演着越来越不可替代的角色。由于工业自动化程度的大幅提升,人们对冶金工业机器人的性能也不断地提出新要求,尤其是对其控制系统的稳定性提出了更高的要求。针对目前冶金工业机器人轨迹跟踪精度较低且不具有自适应动态调节特性等问题,提出了一种模糊迭代Q-学习控制算法。以6-DOF（six degree-of-freedom,六自由度）双臂机器人为研究对象,利用Fuzzy工具箱编写模糊控制规则,以机器人产生的位置误差以及位置误差的变化率为模糊控制器的输入量,并引入Q-学习策略,以调整模糊控制器中的量化因子、比例因子以及迭代学习控制中的PD（proportional derivative,比例微分）参数,完成模糊迭代Q-学习控制器的设计。然后,联合ADAMS（automatic dynamic analysis of mechanical systems,机械系统动力学自动分析）和MATLAB软件搭建6-DOF双臂机器人仿真平台,开展高精度轨迹跟踪的轴孔装配任务模拟。仿真结果表明,6-DOF双臂机器人关节空间的轨迹跟踪精度较高,同时可以完成双臂轴孔协调装配任务,验证了所提出控制算法的有效性和先进性。研究结果可为双臂协作机器人实现高精度轨迹跟踪的轴孔装配提供参考,具有一定的实际应用价值。