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。     

应用跟踪误差等效模型对跟踪性能评价

针对目前光电经纬仪跟踪性能室内检测方法的缺陷,提出了一种评价光电经纬仪跟踪性能的新方法。该方法通过建立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中,对模型输出进行数据处理来获得光电经纬仪跟踪性能评价结果。介绍了建立等效模型的原理和等效模型阶次、系数辨识以及根据光电经纬仪检测指标来进行等效正弦信号设计的方法。为得到精确的模型参数,要求输入信号能够对光电经纬仪动态性能持续激励,为此提出了动态靶标连续调频目标模型。通过仿真和实验对该方法进行了验证,得到的跟踪误差等效模型估计误差均值2.5872e-006°≈0°,最大值1.8″,标准差1.1″。结果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。     

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。     

光电经纬仪跟踪架水平轴系设计及精度分析

光电经纬仪跟踪架的轴系精度直接决定着整个设备的测量精度.针对主镜口径1m的光电经纬仪跟踪架的水平轴系,对水平轴系精度的影响因素进行了分析,通过相应设计及计算,得到跟踪架水平轴系的晃动误差RMS值≤1”,并通过对水平轴系的精度检测验证了上述结论,实现了高精度轴系的设计要求.     

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。     

车载经纬仪的测量误差修正

载车平台变形会直接导致经纬仪方位旋转轴线产生倾斜,从而影响经纬仪的测角精度。为补偿测角精度,实现活动站测量,通过球面几何推导了平台变形对光电经纬仪测角误差影响的修正公式,利用光电轴角编码器精度高、采样频率高的特性,测量出经纬仪坐标系倾斜,经过坐标变换推导出经纬仪倾斜角和倾斜方向,该测量装置通过时统终端与经纬仪望远系统同时记录测角数据及倾斜数据,从而对测角误差进行修正。实验结果表明,该方法能够实时有效地补偿因平台变形而带来的测角误差,使经纬仪不落地测角精度控制在20″内,为实现高精度车载光电测量提供了一种有效的途径。     

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。     

大型光电经纬仪跟踪架水平轴系的结构设计

光电经纬仪跟踪架轴系精度的保证是整个光电经纬仪精度的基础;光电经纬仪跟踪架的水平轴系承担着光学分系统和部分探测分系统,安装器件多、结构复杂、设计难度大,精度难以保证。首先给出水平轴系的组成和结构形式,然后对轴系精度的影响因素进行了分析,并根据分析,进行了主镜口径1 m的大型光电经纬仪跟踪架水平轴系的结构设计和校核;并针对所设计的结构形式进行了轴系的精度分析和计算,保证水平轴系晃动误差≤2″。     

基于光电自准直仪的直线运动误差测量与分析

通过对直线运动误差的描述．提出使用光电自准直仪对直线运动误差进行测量的方法．分析运用光电自准直仪测量直线运动误差的测量原理．并根据测量所得数据采用最小二乘法进行误差评定．结果表明该方法可用来测量直线运动误差。     

GD-220光电经纬仪轴系的精度分析

光电经纬仪中轴系的精度在很大程度上决定着整台仪器的测量精度.为了提高其轴系精度和改进其轴系结构,以GD-220光电经纬仪为例,讨论了其垂直轴系和水平轴系中存在的径向跳动误差、角度摆动误差和轴向窜动误差等,并定量分析了由构成轴系零件的形位误差造成的轴系在回转运动时的晃动误差.通过对9台套GD-220光电经纬仪轴系的检测结果看,对GD-220光电经纬仪轴系精度的分析和对其结构的设计都是合理的.     

全站仪测量自行火炮身管指向的方法改进

在实现自行火炮身管指向测量的各类方法中,全站仪测量法综合性能表现良好。但传统全站仪测量身管指向方法存在缺乏北向基准、存在轴线模拟误差的问题,因此提出了一种基于旋转矩阵的全站仪测量自行火炮身管真实指向方法。然后,利用欧拉-罗德里格斯公式推导出标记点连线与真实轴线指向的偏差公式,进而得到了真实指向相对于各观测量的不确定度模型。随后,为了减小测量方法的误差,研究了全站仪最佳布站位置,并基于蒙特卡罗方法原理进行寻优解算。最后,进行了模拟身管实装实验,实验结果表明,最佳布站方式下的测量不确定度在0.1以内,验证了本方法的可行性和准确性,抑制了由于布站方式引起的测量误差。     

基于蒙特卡罗方法的圆度测量不确定度评定

利用蒙特卡罗方法对圆度测量的不确定度进行评定。首先,根据最小二乘法得到圆度的误差模型;然后采用蒙特卡罗仿真方法对测量值进行模拟仿真,从而得到圆度误差的不确定度;最后将评定结果与传统评定方法的结果进行比较。结果表明该方法是可行的,且计算更为简便。     

Neumann展开Monte Carlo随机无网格点插值法

用Neumann展开Monte Carlo随机无网格点插值法(NMC-SMPIM)进行随机结构分析。在随机无网格点插值法(stochastic meshless point interpolation method,SMPIM)中,所求解问题的域由分布的节点表示;并且利用具有Delta函数性质的多项式进行节点插值,为此,很容易类似有限元法一样处理本质边界条件。同时利用Neumann展开法,建立随机结构分析的Neumann展开Monte Carlo随机无网格点插值法。数值实例表明,Neumann展开Monte Carlo随机无网格点插值法适用于材料变异系数大和要求精度高的随机结构分析。     

机器人工作空间求解的蒙特卡洛法改进和体积求取

针对传统的蒙特卡洛法求解机器人工作空间时精确度不够的问题,提出了一种改进的蒙特卡洛法。用传统的蒙特卡洛法生成一个种子工作空间,基于标准差动态可调的正态分布对种子工作空间进行扩展。在扩展过程中设定一个精度阈值,确保得到的工作空间中每个位置都能被准确的描述。基于得到的工作空间,提出了一种体元化算法求取工作空间的体积,寻找到工作空间的边界部分和非边界部分,通过对边界部分的不断细化,降低了体积求取误差。为了验证算法的有效性和实用性,以九自由度的超冗余串联机械臂为例,对本文改进的蒙特卡洛法和提出的体积求取算法进行仿真分析。结果表明:采样点数量相同时,改进的蒙特卡洛法生成的工作空间边界光滑,"噪声小";得到精确的工作空间时改进方法需要的采样点数仅是传统方法的4.67%;体积求取算法效率较高,相对误差小于1%;求得的工作空间体积可用于评估机械臂性能,为后续机械臂构型优化奠定了理论基础。     

Adaptive Monte Carlo and GUM methods for the evaluation of measurement uncertainty of cylindricity error

Measurement uncertainty is one of the most important concepts in geometrical product specification (GPS). The “Guide to the expression of uncertainty in measurement (GUM)” is the internationally accepted master document for the evaluation of uncertainty. The GUM method (GUMM) requires the use of a first-order Taylor series expansion for propagating uncertainties. However, when the mathematical model of measurand is strongly non-linear the use of this linear approximation may be inadequate. Supplement 1 to GUM (GUM S1) has recently been proposed based on the basis of probability density functions (PDFs) using the Monte Carlo method (MCM). In order to solve the problem that the number of Monte Carlo trials needs to be selected priori, adaptive Monte Carlo method (AMCM) described in GUM S1 is recommended to control over the quality of the numerical results provided by MCM.The measurement and evaluation of cylindricity errors are essential to ensure proper assembly and good performance. In this paper, the mathematical model of cylindricity error based on the minimum zone condition is established and a quasi particle swarm optimization algorithm (QPSO) is proposed for searching the cylindricity error. Because the model is non-linear, it is necessary to verify whether GUMM is valid for the evaluation of measurement uncertainty of cylindricity error. Then, AMCM and GUMM are developed to estimate the uncertainty. The procedure of AMCM scheme and the validation of GUMM using AMCM are given in detail. Practical example is illustrated and the result shows that GUMM is not completely valid for high-precision evaluation of the measurement uncertainty of cylindricity error if only the first-order terms in the Taylor series approximation are taken into account. Compared with conventional methods, not only the proposed QPSO method can search the minimum zone cylindricity error precisely and rapidly, but also the Monte Carlo simulation is adaptive and AMCM can provide control variables (i.e. expected value, standard uncertainty and lower and higher coverage interval endpoints) with an expected numerical tolerance. The methods can be extended to the evaluation of measurement uncertainty of other form errors such as roundness and sphericity errors.     

基于工作空间分析的9自由度超冗余串联机械臂构型优化

提出基于工作空间分析解决超冗余串联机械臂构型选择问题的方法。首先,采用正态分布对求取机器人工作空间的蒙特卡洛法进行改进。用归一化可操作度指标分析机械臂运动的灵活性,用数值仿真的方法得到了最大可操作度值与随机关节角组合的数量之间的关系,提出求取灵活工作空间的算法。其次,基于得到的工作空间,提出一种体元化算法求取工作空间的体积,寻找到工作空间的边界部分和非边界部分,通过对边界部分的不断细化,降低了体积求取误差。然后,分析多自由度串联机械臂构型设计方法,针对9自由度超冗余串联机械臂,确定出了36种待选择的构型方案。仿真分析9自由度超冗余串联机械臂的工作空间,在待选构型中选取了一组最优构型。结果表明：改进的蒙特卡洛法生成了精确的工作空间;体积求取算法效率较高,相对误差小于1%;所选构型的工作空间指标优于已研制的构型,其中可达工作空间体积提高了26.49%,灵活工作空间体积提高了36.63%。     

基于蒙特卡罗法与GUM法的直线度测量不确定度评定

由于形位误差测量的复杂性和测量结果评定的多样性,导致在实际测量结果中形位误差的不确定度评定成了难题。通过GUM法和蒙特卡罗法对直线度的测量不确定度进行评定。首先,根据最小二乘法得到直线度的误差模型;然后采用GUM方法对测量结果进行不确定度评定,采用蒙特卡罗仿真方法对测量值进行模拟仿真,从而得到直线度误差的不确定度;设置实验对比,通过数据分析验证了蒙特卡罗方法评定的可行性,为形位误差测量结果不确定度评定提供了更加简便的方法。     

利用响应面方法的汽轮机叶片振动可靠性分析

考虑随机因素的影响,确定汽轮机叶片固有振动静、动频率的统计特性,建立叶片避开共振时的功能函数.以汽轮机扭叶片为研究对象,在考虑几何因素、安装因素、材料因素和转速随机性的同时,将确定性有限元法、响应面方法和Monte-Carlo模拟法相结合对叶片进行振动可靠性分析.在对扭叶片复杂叶型进行有限元参数化建模和试验设计基础上,分别采用多项式响应面法和神经网络响应面法构建了扭叶片静、动频率与随机变量之间的近似关系式,并代替有限元模型,同时结合Monte-Carlo模拟技术得到静频、动频的统计特性和累积分布函数.针对叶片危险振型,在合理确定功能函数的基础上对其进行了振动可靠性分析,并以Latin Hypercube样本Monte-Carlo 模拟法计算结果作为相对精确解,对两种不同响应面法进行了对比.     

并联6自由度运动模拟平台的误差分析

位姿误差是影响并联6自由度模拟平台性能的重要因素，文中采用矩阵微分法推导了原始误差与平台位姿误差之间的关系式，基于蒙特卡洛法对平台误差的概率分布进行研究，并分析了平台误差对各种原始误差的敏感度。分析表明6个缸长的误差敏感度最大，其次是上下铰点的z向位置误差。以上研究结果对实际并联6自由度运动模拟台的设计具有参考作用。