利用差动原理和采样补偿提高工作台精度

针对精密定位工作台目前存在的高精度、大行程和低成本难以协调的问题,提出一种差动式结构的工作台,利用动态采样的方法对开环误差进行标定,建立误差模型,通过控制上下叠加的两个工作台差动对系统误差进行动态补偿.研究表明:利用差动原理对误差动态补偿的方法有效提高了工作台精度和系统灵敏度,为微位移机构的设计提供了新的思路和方法.     

指针式仪表的自动检定问题

指针式仪表品种规格繁多,然而国内外对这类仪表的主要检定项目——示值精度检定(包括示值调整及成品出厂检定)仍长期停留在依靠人的视力来检定的落后状态。用传统方法检定指针式仪表时,首先由基准仪器(或检具)给出一系列基准量(如基准位移、基准压力等),然后按被检仪表指针偏离正确刻度的多少读出仪表各对应点的示值误差。这种检定方法存在两大问题:首先是工人必须不断用目测来取得一系列基准量,读出仪表在各对应点的示值误差,所以劳动强度大,工人视力极易疲劳。其次     

基于ProE嵌入式圆柱坐标工作台装配设计及运动仿真

在实际应用中为了扩展十字工作台的功能,在十字工作台上增加转台,以实现角度分度的功能.所设计的圆柱坐标工作台采用嵌入式,将xy位移的十字工作台和角度回转工作台镶嵌配合在一起,结构紧凑美观.通过ProE软件,对工作台进行造型设计、虚拟装配和运动仿真,使设计的产品满足加工后的装配和机构运行的功能要求,体现了并行设计的理念.     

基于加权核ELM的电力设备检定误差快速预测

随着电力通信与计量设备检定任务和检定标准的不断提升,设备检定中心标准化、无人化进程正逐步加快,基于大数据与云技术的各类智能设备平台也正逐步推广应用。针对电力通信与计量设备在不同检定条件与环境下的检定误差辨识问题,文中研究并提出一种基于极限学习理论的快速预测辨识方法。首先,研究并确定在标准检定中心环境下影响检定误差的多维因素,构建其预测辨识模型;其次,提出一种新的加权核极限学习机模型,并研究模型的快速训练及预测方法,保证模型在高效自动检定流水线上应用的实时性;最后,基于6 500组实测数据样本进行模型训练及外推实验。仿真结果表明,文中所提出的基于加权核极限学习机的误差预测模型及算法具有较高的精确度和实时性,能够实现对电力通信与计量设备检定误差的高效率预测辨识,有效满足在自动检定流水线上的应用需求。     

基于SOPC的多维高精运动控制系统

利用FPGA芯片中的硬件资源实现了对电机驱动器的控制和光栅尺的计数功能,并且将它们有机地统一在基于FPGA内嵌软核Nios Ⅱ的SOPC系统中,不仅具有高集成度、高可靠性等特点,而且Nios Ⅱ软核将上位机从功能单一而耗时的控制任务中解放出来,提高了系统的效率和灵活性,可以完成更加复杂的多维运动控制.经过仿真分析与实验验证,基于本系统的多维高精运动工作台的行程可达1600 mm以上,电机全速工作状态下工作台能够达到的定位精度误差小于1μm.     

含间隙铰可展太阳翼末端重复展开精度分析

为提高太阳帆板重复展开定位精度,研制了太阳帆板重复可展机构. 可展机构采用绳系内错式传动原理实现二级帆板的同步重复展开功能,采用水平和铅垂两种布置方式适应太阳帆板的不同展开工况. 基于工程实际,引入铰链间隙以及帆板柔性两因素,建立可展太阳帆板的动力学模型,并进行仿真及数值分析. 分析结果表明:太阳帆板末端位姿精度随铰链间隙的增大而降低,而柔性则直接导致太阳翼展开时产生误差,但二者耦合作用时,能够补偿间隙对帆板重复展开末端位姿精度的影响. 利用研制的可展机构样机对太阳翼展开性能、重复展开定位精度进行实验测试,实验结果验证了合理设计铰链关节间隙,利用帆板柔性与铰链间隙的耦合作用可补偿帆板重复展开末端位姿误差;在许可误差范围内,合理地匹配两因素,可使铰链间隙值具有较大的可取范围,对提高机构的定位精度有益.     

直读式流量计的摄像检定系统

针对直读式流量仪表检定问题,采用了摄像头代替人眼读数的方法,研制了直读式流量计的摄像检定系统,运行结果表明,该系统消除了人为误差,提高了仪表检定精度,具有显著的经济效益。     

基于图像处理技术指针表的自动识别

介绍了一种运用计算机图像处理技术对指针式仪表进行自动识别读数,以实现指针表自动检定,重点介绍了检定过程中指针示值自动识别读取数据来代替人工识别的判读方法。研究并设计了采用CCD摄像头摄取表盘图像,经计算机进行图像识别及数据处理实现仪表指针自动读数,从而避免了传统人工判读方法受工作人员与仪表盘的距离和角度等主观因素导致判读的数据误差较大、效率低、可靠性不高的影响,该方法不仅解决了实际应用中有关模拟指针式仪表的检定自动化问题,而且有利于大量信息的及时采集和统一管理。     

白光干涉轮廓仪工作台的设计及有限元分析

研究开发了一种能实现大量程位移和纳米级定位精度的一维位移工作台。工作台采用了粗、精2级定位机构,以精密衍射光栅传感器组成工作台位移的闭环检测系统。文中对由压电陶瓷驱动和柔性铰链导向的精定位机构进行了力学建模分析,并对其进行了有限元仿真运算。设计的工作台已成功应用于白光干涉轮廓测量仪,文中给出了轮廓仪部分测量结果。     

指针不平衡对扭簧比较仪示值误差的影响

本文对目前在国内尚存在争议、但在制造和使用中感到困惑而亟待解决的“扭簧比较仪指针不平衡对其在不同安装位置下使用时示值误差的影响”进行了全面的分析与计算.在此基础上对现行国家检定规程对JJG118—86规定的不平衡指标值及检定方法进行了探讨,提出了相应建议.本文提出的分析方法和由此得出的相关结论也适用于其它结构相近的指针式仪表.     

一种大型太阳模拟器机械系统的设计

针对太阳模拟器的光出射角度不可变和太阳模拟器温控系统不好解决的问题,提出了一种大型太阳模拟器方位和俯仰回转机构及其控制系统和太阳模拟器温控系统的解决方法。方位与俯仰回转机构采用U-T型框架结构,轴系采用滚动轴承支撑结构,机械传动系统采用蜗轮蜗杆传动机构,温控系统采用水冷方式,通过计算机控制系统,完成对方位与俯仰回转机构转角的角位置控制,进而得到不同出射角度的出射光路,通过温控系统完成对氙灯和积分器的冷却。通过对比,发现这种回转机构为试验验证能带来更多的便利,温控系统能有效的控制模拟器温度。结果表明,设计出的方位回转±180°、俯仰回转±30°、转角精度≤0.5°的回转机构以及太阳模拟器温控系统能够满足使用要求。     

三伸缩杆驱动的光伏板视日追踪系统设计与研究

视日追踪系统能够显著地提高光伏板接受太阳能的效率。相较于串联式,并联式视日追踪系统以其追踪精度高、功耗小和耗材少等优点在太阳能追踪中具有很大的应用潜力,但相关研究尚属起步阶段且并不能满足实际需求。基于3-RPS并联机构,提出了一种新型三伸缩杆驱动的光伏板视日追踪系统。其中,三根伸缩杆结构相同,且呈正三角形布置;每根伸缩杆的上端通过复合铰链与光伏板相连,下端通过转动铰链与基座相连;通过改变三根伸缩杆的长短驱动光伏板运动,实现对太阳的实时追踪。首先,结合太阳运动规律和3-RPS的机构性质,根据空间几何学,建立了追日过程中的相关数学模型。在此基础上,针对特定的追踪地点、日期和机构尺寸,对系统分别在夏至日和冬至日当天进行了仿真分析。进而,针对每条支链所需伸缩杆节数过多的问题,提出了动平台质心高度可动的控制策略。对于目前商业化球铰转动范围不足的问题,采用虎克铰链加转动铰链组成的复合铰链来代替球铰的结构方案,同时,得到了复合铰链绕其各转动轴线的转动角度。然后,由于追日过程是一个缓慢的过程,通过建立系统的瞬时静力学模型,仿真得到了系统所需的驱动力和驱动功率,最大驱动力为164.65N,总的最大驱动功率为2.94e-3W。最后,实施了系统的追日实验,验证了理论和仿真分析的正确性,同时得到了系统的追踪精度在±0.4°以内。     

探空温度传感器受太阳辐射影响的仿真分析

随着高空温度探测精度要求的日益提高,如何减小温度传感器测量误差已成为亟需解决的问题,而太阳辐射作为影响温度传感器探测性能的重要因素已成为该领域研究的热点.利用计算机仿真技术,引入太阳高度角、引线夹角2个影响因子,根据流体动力学模型模拟分析探空温度传感器从海平面上升到32km高空时所受太阳辐射的影响,最终得到辐射误差与海拔高度的关系曲线族,仿真结果将为开展高空温度传感器误差分析提供基础依据,从而提高传感器测量准确度.     

微扑翼飞行器位置控制研究

研究了微扑翼飞行器位置控制系统设计.在完成气动力计算模型和运动参数(拍动平面夹角、拍动频率、拍动幅值、旋转幅值)对气动力影响基础上,建立了微扑翼飞行器纵向动力学模型,采用了切换控制策略,选择拍动平面夹角和拍动幅值作为控制参数,利用位置误差和速度误差线性组合作为反馈信号,计算平均力,确定切换参数,完成控制规律设计.对爬升和水平飞行的控制进行了仿真实验.仿真结果表明,在切换控制策略下,Y方向上经过0.13 s后进入平飞阶段,Z方向上经过5 s后进入平飞阶段,在一定的误差范围内,所设计的控制规律可以实现位置控制.     

基于片上坐标旋转数字计算机的正交验证模型

为了提高坐标旋转数字计算机的验证效率,提出了一种新的验证模型,该模型采用正态统计原理来选取测试因素建立正交表,从而根据正交表结果选取最佳测试方法.此外,该模型能自动产生测试向量并验证坐标旋转数字计算机的精度误差.仿真实验结果表明,该验证模型能大大减少验证次数,缩短验证周期,提高验证效率.     

低复杂度的改进型CORDIC算法研究

传统CORDIC算法需要通过乘法器和查找表才能实现多种超越函数的计算,这会导致硬件电路实现复杂、运算速度降低,此外它能够计算的角度范围也有限.针对传统CORDIC算法的缺陷,在旋转模式下提出一种改进型CORDIC算法,它不需要模校正因子和查找表,只需通过简单的移位和加减运算就能实现多种超越函数的计算,从而能够减少硬件的开销,提高运算的性能,并通过区域变换使得该算法能够适用于所有的旋转角度.误差分析表明该算法具有很小的误差.     

回转主轴垂直度及安装偏心对轮毂跳动检测的影响分析

针对轮毂跳动量检测系统结构,分析了影响系统检测精度的误差来源,通过对引起误差结构的建模与分析,根据结构原理,得到回转主轴倾角与轮毂径向、轴向跳动量之间函数关系以及由于轮毂安装偏心引起的径向跳动随旋转角度周期性变化的函数.通过Matlab仿真和控制变量分析,验证理论,为检测系统的精密装配和调试提供了理论依据,对减小系统误差具有实际意义.     

车载稳瞄转台轴系误差建模与分析

针对两轴两框架转台的结构,分析了影响系统误差的误差源,指出了影响其稳定精度和跟踪精度的运动误差。通过对该转台轴系回转误差的数学建模与分析,并通过MATLAB仿真,得到了轴系回转误差即俯仰角偏差、方位角偏差及其变化率随俯仰角和方位角的变化曲线和轴系误差的分布规律函数,为设计阶段进行误差的分配提供了理论依据。     

精确频率输出的超低时延DDS电路设计

使用CMOS工艺设计高性能、低成本的直接数字频率合成器DDS是一项十分具有挑战性的任务.本文提出了一种模数可编程的超低时延DDS电路设计.通过增加一个辅助相位累加器,可以根据输出频率的需要来设置辅助相位累加器的输入和模数配置来产生小数复合频率控制字,从而可以进行各种频率的精确输出,完全消除了输出频率误差.还针对CORDIC算法进行了优化改进,提出了一种仅需要小容量的查找表和简单角度校正的CORDIC实现方法,免除了迭代运算过程,设计了一种超低时延的相位幅度转换电路.在电路资源消耗没有增加的前提下,设计电路不仅实现了精确频率输出,还大大降低了电路的输出时延.验证结果表明:本DDS设计电路输出频率不存在频率误差,并且只需要两个时钟周期就能得到高精度的正余弦波输出.本设计通过对相位累加器和相位幅度转换电路的改进,消除了输出频率误差和降低了输出时延,具有输出频率精确、输出时延小、成本低等优点,更加适合输出频率精度要求高、实时性强的信号处理应用场合.     

Error Model of Rotary Ring Laser Gyro Inertial Navigation System

To improve the precision of inertial navigation system (INS) during long time operation, the rotation modulated technique (RMT) was employed to modulate the errorr of the inertial sensors into periodically varied signals, and, as a result, to suppress the divergence of INS errors. The principle of the RMT was introduced and the error propagating functions were derived from the rotary navigation equation. Effects of the measurement error for the rotation angle of the platform on the system precision were analyzed. The simulation and experimental results show that the precision of INS was ① dramatically improved with the use of the RMT, and ② hardly reduced when the measurement error for the rotation angle was in arc-second level. The study results offer a theoretical basis for engineering design of rotary INS.