PCB温度对GNSS接收机跟踪环路的影响分析

着重分析了印制电路板(PCB)的温度变化对全球导航卫星系统(GNSS)接收机锁相环的影响。用静止的伪卫星发射类似GNSS的高载噪比信号,以减小径向动态和热噪声导致的跟踪误差,从而有利于评估PCB温度的影响。使用温度传感器ADT7320同时测量PCB和环境温度,并以晶振的频率变化和环路相位跟踪误差为指标,评估PCB温度变化对接收机跟踪环路的影响。实验表明:PCB温度的变化会降低环路的跟踪性能。特别是在环路带宽较窄时,温度变化导致的动态应力误差较为显著,对于利用载波相位测量值进行精密定位等应用来说不可忽略。     

面向嵌入式应用领域的GPS接收机设计

本文基于GPS接收机射频前端和基带相关器模块,设计了面向嵌入式应用的GPS接收机软件.为了适应于高动态或其他恶劣条件,设计了双模态的载波跟踪环路：一种是适用于高动态的FLL辅助的PLL;另一种是适用于低动态的PLL.可以根据锁定卫星信号的情况来进行模态之间切换.在静态条件下和动态车载条件下实验验证了所实现的嵌入式GPS接收机.实验结果表明：在静态条件下,位置精度优于5 m（标准差）,速度精度优于0.1 m/s（标准差）;在车载实验中,商用GPS接收机和研制的基于嵌入式应用的GPS接收机精度大体相当.     

数字闭环加速度计的带宽测试

为了测试数字闭环加速度计系统的带宽,对国军标1037A-2004中的电模拟法进行了改进。首先,讨论了用国军标1037A-2004中的电模拟法测试数字闭环加速度计带宽存在的不足,然后,对加入激励信号的数字闭环加速度计系统的检测电路及闭环控制模型进行分析。分析显示,在系统的反馈回路加入激励信号最终可以在输入端等效为外界输入加速度,且该系统的动态模型与传统机械激励测试法系统的动态模型一致。最后,提出一种在数字闭环加速度计的反馈回路外加激励信号来测试该系统带宽的方法。实验表明:数字闭环加速度计系统的实测-3dB带宽值为320Hz左右,与理论值(345Hz)基本吻合。该方法具有精度高、误差源少、便于在线测试等特点,可满足大多数数字闭环加速度计的带宽测试要求。     

GNSS载波环中环路增益的自适应调节研究

传统的GNSS(global navigation satellite system)软件接收机中,载波环路的环路增益是固定的,无法兼顾信号变化时的快速锁定和信号跟踪时的稳定输出2种不同需求。提出了一种基于自适应增益控制方法的载波环路设计方案,建立了一套环路增益控制模型,并给出了相应的数学定义。通过仿真分析,该方案能够有效地提升载波环路的暂态响应特性。最后通过软件接收机平台的实际验证,证明该方法能够在信号频率误差较大时实现快速锁定,当信号跟踪上后又能够提高输出信号的稳定性,从而在接收机的动态性能和噪声性能之间实现了较好的平衡。     

一种嵌入式虚拟动态信号分析仪的设计

为了实现为远程化控制的光电跟踪系统设计提供抗恶劣环境的设计工具,设计了一种嵌入式虚拟动态信号分析仪。对该系统采用的系统辨识等算法进行研究。基于某型号光电跟踪系统平台,结合虚拟仪器概念和嵌入式技术,建立了嵌入式虚拟动态信号分析仪的系统架构,设计了仪器系统架构中各层软件。利用该仪器测试了实际运行中的某光电跟踪系统速度回路和电流回路,实验结果表明光电跟踪系统满足设计要求,电流回路带宽为266.05Hz,速度回路带宽为20.3Hz,虚拟仪器具有较好的精确度和实用性。满足了光电跟踪系统设计工具准确、方便、快捷等要求,提高光电跟踪系统设计水平和设计效率。     

一种GPS软件接收机的设计

随着软件无线电技术的发展,基于软件无线电思想的GPS软件接收机技术取得了长足进展,并成为新一代GPS接收机研制的热点.基于GPS卫星C/A码信号模型,完成了一种基于FFT算法的卫星信号的捕获仿真;设计了一种基于四相鉴频器,锁频环和锁相环的混合载波跟踪算法;设计了一种导航数据的解调算法,完成了卫星信号的导航解算:仿真结果表明,所设计的软件接收机能较好地对卫星信号进行捕获,能准确跟踪含有不同变化规律多普勒频率的载波,并能止确的解调出导航数据.     

基于CEEMDAN和小波阈值去噪的混合积分位移算法

为降低噪声干扰、低频误差及信号漂移等对加速度信号积分位移信号还原度的影响,提出了一种采用自适应噪声的完备集合经验模态分解(CEEMDAN)算法和小波阈值去噪对加速度信号进行预处理,时域积分结合频域积分的位移信号还原方法。通过仿真分析及试验测试结果对比,该方法能够有效降低采集的加速度信号中存在的高低频误差影响。误差评价指标MAE和RMSE均有改善,混合积分方法位移信号还原程度高。     

机械振动无线传感器网络跨层同步采集累积误差控制方法

针对机械振动无线传感器网络同步采集过程中同步采集误差随时间累积的问题,在分析机械振动无线传感器网络跨层同步采集误差累积机理基础上,提出了一种基于同步信息跨层实时跟踪的机械振动无线传感器网络同步采集累积误差控制方法。以节点物理层跨层实时捕获同步信息,避免任务抢占所导致同步信息捕获迟滞;研究基于卡尔曼滤波的晶振频率偏移计算方法,提升晶振频率偏移计算精度;构建反馈控制系统动态反馈和补偿同步采集累积误差,避免同步采集误差累积效应;设计嵌入式多任务优先级管理固件系统,在采样率极高的机械振动信号采集过程中确保采样任务和同步任务实时性。实际测试表明,在高达51.2 kHz的采样率下连续采集30 s,节点间同步采集误差始终保持在0.6 us以内,同步采集误差最大值仅为采样周期的3%,满足机械振动信号同步采集需求。     

二维计数跟踪型激光多普勒测速系统的智能化及其应用

二维计数跟踪型激光多普勒测速系统利用两个计数跟踪光电混合反馈环路来分离并测量速度的二维分量。通过智能控制,寻找适当的初始光学频移档次,使得光电信号的有效频率成分分别进入各自对应的信号处理器处理带宽内,同时监视LDA的工作状态,对采集得到的两个环路的光电信号频率及相应的光学频移量,进行一系列的信号处理工作,最终可获得测量点的二维速度分量。二维智能计数跟踪型LDA在非对称突扩管道的流场测量中的应用结果,证实了该套系统的研制是成功的。     

基于PSD的激光跟踪仪光电瞄准技术应用与研究

光电瞄准与定位技术是空间运动目标动态跟踪测量的关键技术,起到目标捕获与运动位置偏差精确指向作用。基于光电位置传感器(PSD)对激光跟踪仪的光电瞄准和跟踪定位控制技术进行了分析研究与设计,提出了光电瞄准控制方案,设计了探测光路,分析了PSD误差修正与信号处理。经过实际样机测试,静态定位测量精度达到6μm,随机动态跟踪测量速度大于1 m/s。     

激光多普勒效应地震波实时测量技术的研究

传统的磁电式地震检波器易于受到电磁干扰、存在非线性 ;提出一种应用激光多普勒技术的地震波检测方法 ,采用优化设计的差动光路结构方案、信号处理单元的适宜带宽。通过F/V转换可以实时地得到被测速度、位移、加速度和频率。实现线性测量的频率范围 1 0～ 1 0 0 0Hz ,动态范围 1 0 0dB。     

方位角测量跟踪系统设计及实验

为了使跟踪设备快速、准确地跟踪飞行目标并精确测量目标方位角,设计了一种测量跟踪系统,该系统根据跟踪设备发出的方位角偏差信号推动带有跟踪设备的伺服转台,驱动子系统采用H型双极模式PWM电路驱动伺服转台的直流电机以提高响应速度。使用测速机反馈速度信号以提高系统稳定性,使用高精度编码器输出目标方位角信号以提高测量精度。提出了系统动态传递函数,并对传递函数进行分析,给出了仿真动态曲线并计算动态参数。计算了电路的开关频率及延迟时间等关键参数。通过实验得到系统阶跃响应的位移曲线和速度曲线以及其他实验结果。实验结果显示,系统随动精度为0.1 (°)/s,最大跟踪速度为38.3 (°)/s,最大跟踪加速度为23.5 (°)/s²,满足了技术指标和设计要求。     

高精度测速雷达伺服带宽自适应设计与实现

针对某型高精度测速雷达虽然设计了带宽可变的伺服控制系统,但没有实现自动变带宽的问题,文中提出了一种基于分段PID控制的伺服带宽自适应方法。文中主要研究了带宽的计算方法和某型高精度测速雷达带宽设置及存在的缺陷。根据跟踪雷达带宽范围窄的特点,设计了带宽自适应方法,即预设3组PID参数对应不同的伺服带宽,根据跟踪角速度大小切换相应带宽。仿真验证表明,该方法带宽切换平稳,速度变化平滑,在高速、低速下均能获得良好的动态响应,相比固定带宽具有更好的适应性和控制效果。     

考虑安装基座影响的光电平台等价捷联惯性稳定控制

采用陀螺仪直接测量光电平台内部载荷的惯性角速度构建反馈,可以在运动载体上控制视轴惯性角速度,实现稳定成像。陀螺捷联惯性稳定控制能够构建前馈,有效提高系统带宽、减小控制误差,但对陀螺安装位置有要求。本文提出了在陀螺直接反馈的机械安装条件下等价捷联稳定的控制方法,并考虑平台基座约束条件建立了动力学模型。该模型显露了光电平台基座安装刚度引入的谐振问题。针对被控对象中的一对谐振和反谐振环节,基于稳定的零极点对消设计滤波器消除谐振。综合利用陀螺直接测量的框架惯性角速度和编码器测量的机械框架相对转角构建等价捷联惯性稳定回路。在等价捷联惯性稳定回路中,采用内回路干扰抑制结合基于逆模型前馈的复合控制方法,有效拓展控制带宽,提高对指令的跟踪精度和对载体姿态晃动的隔离性能。仿真和实验结果表明:该方法有效抑制了安装基座弹性约束力矩的谐振,且与陀螺直接反馈控制相比性能更优。对幅值为1(°)/s、频率为1 Hz的典型正弦角速度指令进行跟踪,均方根误差由1.75(°)/s减小到0.23(°)/s,在1 Hz处扰动隔离度由18%减小到2%。     

双边遥操作系统二阶滑模控制器设计

一阶滑模控制方法由于需要大的带宽和高频切换信号,以及处理系统的参数不确定和强非线性,在双边遥操作的工程应用中难以推广。针对上述问题,将二阶滑模控制和阻抗控制联合起来,设计了大时延下的控制结构,并利用全维状态观测器对主从手机械臂的加速度、速度进行了观测,实现了双边遥操作系统的鲁棒平滑控制;在此基础上,分析了加入观测器后整个系统的闭环稳定性,给出了稳定性定理,并用李雅普诺夫函数方法进行了证明;最后分两种时延情况对闭环系统进行了仿真。实验结果表明,该方法可以使系统具有了较好的稳定性能。     

考虑控制电信号中间量的机床运动控制误差数据驱动建模方法

现有数据驱动的机床运动控制误差建模方法通常使用端到端的模型,即通过机器学习算法直接构建参考轨迹信息(速度、加速度等)与伺服误差之间的模型,以降低建模复杂度。然而,该方法忽视了控制电信号对运动控制系统非线性扰动的反映,而导致建立的模型精度受限。为解决此问题,提出了一种使用控制电信号作为中间量的数据驱动运动控制误差建模方法。该方法采集参考轨迹信息(速度、加速度、急动度等)、控制电信号、跟踪误差以及构造的换向特征,构建并训练基于参考轨迹信息的控制电信号预测网络,以及基于电信号和参考轨迹信息的运动控制误差预测网络,利用控制电信号这一中间量有效反应系统所受非线性扰动的特点,实现了高精度的运动控制误差数据驱动建模。在实际验证测试时,将参考轨迹信息输入电信号预测网络,而后将得到的预测控制电信号和参考轨迹信息输入跟踪误差预测网络,即可实现运动控制误差的预测。通过实验对所提出的建模方法进行了验证,所提出方法相对于传统的端到端建模方法,运动控制误差的预测精度在X轴和Y轴分别提升16.33%和20.42%,误差补偿后运动控制轮廓精度相较于未补偿提升85.59%,验证了所提出方法的可行性。     

Adaptive cruise control with stop&go function using the state-dependent nonlinear model predictive control approach

In the design of adaptive cruise control (ACC) system two separate control loops - an outer loop to maintain the safe distance from the vehicle traveling in front and an inner loop to control the brake pedal and throttle opening position - are commonly used. In this paper a different approach is proposed in which a single control loop is utilized. The objective of the distance tracking is incorporated into the single nonlinear model predictive control (NMPC) by extending the original linear time invariant (LTI) models obtained by linearizing the nonlinear dynamic model of the vehicle. This is achieved by introducing the additional states corresponding to the relative distance between leading and following vehicles, and also the velocity of the leading vehicle. Control of the brake and throttle position is implemented by taking the state-dependent approach. The model demonstrates to be more effective in tracking the speed and distance by eliminating the necessity of switching between the two controllers. It also offers smooth variation in brake and throttle controlling signal which subsequently results in a more uniform acceleration of the vehicle. The results of proposed method are compared with other ACC systems using two separate control loops. Furthermore, an ACC simulation results using a stop&go scenario are shown, demonstrating a better fulfillment of the design requirements.     

结构滤波器在望远镜主轴控制系统中的应用

为了提高望远镜控制系统的闭环带宽和动态性能,研究了结构滤波器对控制系统闭环性能的影响。根据望远镜机械跟踪架的弹簧质量模型推导了系统的传递函数,分析了电机和负载转动惯量与谐振频率的关系,设计了基于系统开环频率特性的结构滤波器。将设计的结构滤波器串联入控制回路,用于减小机械谐振的幅值。介绍了结构滤波器的设计方法,以及加入结构滤波器后对控制系统闭环性能的影响。最后,在2m望远镜跟踪架转台上进行了验证实验。结果表明,加入结构滤波器后系统的闭环带宽由10Hz提高到了13 Hz,有效地抑制了速度的稳态谐振,提高了望远镜控制系统的速度跟踪性能。得到的实验结果验证了结构滤波器能够有效地提高系统的动态性能。     

1000 L/min 2D伺服阀实验研究

2D伺服阀采用伺服螺旋机构实现阀芯的角位移转换为阀芯的轴向位移。采用2D阀的结构方案实现了1000 L/min大流量阀的设计。采用步进电机作为电 机械转换器,并采用位置和电流闭环来驱动阀芯转动。为了实现步进电机输出角位移连续可控采用了步进电机连续跟踪算法的控制方法并在步进控制中引入脉宽调制控制技术,并以此为基础搭建了试验平台,设计了以TMS320F2812作为CPU的2D伺服阀控制器。在分析该阀的结构和工作原理基础上,对该阀频率响应进行实验研究。实验表明：该阀具有良好的动态特性,在幅值为25%阀满开口的正弦信号输入下,相位滞后90°对应的频宽约为50 Hz 。