基于钼酸铅晶体电致旋光效应的光学电压传感器

研究了基于晶体电致旋光效应的光学电压传感器,电压传感元件采用了国产钼酸铅(PbMoO4)晶体。光学电压传感头仅由两块棱镜偏振器和一块钼酸铅晶体组成。实验结果表明此电压传感器具有较大的线性测量范围,例如对50-5000V工频电压测量的非线性误差低于0.2%;当测量100kHz的高频电压并利用锁相放大器检测传感信号时,最小可测量电压幅值为0.5V。此外,实验测量了所用钼酸铅晶体在635nm光波长及工频电压作用时的电致旋光系数,其数值为1.03pm/V。     

基于直接传输法的石英晶体谐振电阻测量技术研究

在研究IEC444-5标准中的直接传输法的基础上,结合π网络零相位法中测量方法,提出了一种石英晶体谐振电阻测量的方法;该方法在测量过程引入了矢量电压,采用测量复阻抗方法来减弱π网络杂散的影响;在此基础上设计了石英晶体串联谐振参数测量系统,该系统采用DDS技术,有效提高了测量精度;实验结果表明,在1MHz～200 MHz频率范围内,石英晶体串联谐振电阻的测量误差不超过±10%(或±2Ω),满足石英晶体工业生产测量的需要.     

时间间隔测量的高精度技术研究

针对高能物理研究、激光测距等对时间测量具有高精度要求的领域,采用时间周期计数粗测和时间-电压转换精测相结合的测量方法,设计了时间间隔测量系统,其主要由时间-电压转换电路、脉冲生成电路等组成,利用对电压量的精准测量转化为高精度的时间量.对系统供电进行优化,同时满足低功耗和低噪声的需求;分析了环境和电路板自热造成温度变化时对测量过程带来的误差,提出利用自校准技术消除温度影响.该系统具有测量范围高达20 s,测量分辨率为0.2 ps的优点.     

基于铌酸锂晶体自身角度光偏置的光学电压传感器

提出了一种利用单轴电光晶体自身角度光偏置的新型光学电压传感器,其光学传感单元由夹在两个正交偏振器之间的一个单轴电光晶体组成.与以往利用四分之一波片产生光偏置不同,新型电压传感器利用单轴传感晶体的自然双折射和近轴光束,将传感晶体沿电光双折射主轴方向转动一个小的角度,产生π/2的角度光偏置.因此,可在不需要附加四分之一波片的条件下实现电压的线性传感.利用单块铌酸锂晶体作为传感元件,对0.2 ～ 35 V交流电压进行测量的非线性误差低于1.8%.此外,计算表明基于铌酸锂晶体的π/2角度光偏置的温度漂移率低于普通多级石英波片.新型传感器简化了光学电压传感器结构,降低了成本,并避免了以往传感器中附加四分之一波片对传感器性能的不利影响.     

智能交直流电压数据采集系统的设计

针对数据采集与电子测量仪器领域对宽动态范围、高精度电压参数值获取的需求,设计了一种高精度智能交直流电压数据采集系统。该系统基于电压衰减电路,使用单片机STC89C52控制电压衰减器的系数实现量程自动切换;采用测量电压真有效值方案,实现AC/DC的转换;利用12位A/D转换器采集电压数据,在软件中分别应用限幅平均滤波法和线性拟合修正误差技术降低随机干扰和系统非理想特性引入的误差。实际运行结果表明:该系统具有精度高、误差小、操作简单、读数方便等优点,具有广泛的应用前景。     

MEMS惯导管内坐标测量的改进RTS平滑滤波算法

利用管内检测器搭载MEMS器件实现小口径埋地管道的三维地理坐标测量,该方法以航迹推算(DR)为主要定位方式,所采用的检测器全部都在管道内部,检测时不影响管道的正常工作,对管道的安全维护具有重要意义.如何对解算误差进行有效校正是实现该技术的关键问题.利用里程计测得的里程信息进行DR解算,代替传统的捷联惯导(SINS)解算方式,降低速度更新的误差累加现象;引入管内可测的地磁和重力信息,增加了对姿态误差估计的观测量;采用改进的RTS平滑滤波算法(RTS-FC)进行离线解算,通过引入终止点对准信息进一步提高系统的定位精度.利用其检测180 m长管道,结果的最大误差为8 m,实验结果表明了算法的有效性.该方法为MEMS器件管内地理坐标测量的实用化奠定一定的基础.     

新型石英晶体微天平分子键裂免疫传感器的研制

基于谐振调幅电压激励石英晶体微天平设计了一种分子键裂型生物传感系统.该传感系统通过Arduino控制数字信号发生器DDS 9854产生正弦波以激励9.98 MHz压电石英晶体.采用了自主振荡电路法和被动激励振荡法,在低振幅(2V)下以谐振电路法测定晶体谐振频率,通过高速继电器切换到被动调幅激励电路中,经数控放大器调节不同激励电压实现谐振调幅,增大石英晶体表面的剪切动量,从而实现分子键裂.随着调幅电压的升高,晶体表面物质的动量增加,导致分子键断裂,通过谐振电路频率和调幅电压值在数分钟内可得到晶体表面物质结合强度的信息.将传感系统应用于A型金黄色葡萄球菌细胞壁蛋白(蛋白质A)和免疫球蛋白IgG体系,在调幅电压激励下会抑制二者的结合.同时,在不同激励电压下可区分蛋白质A与IgG的结合强度.     

基于普克尔效应的双晶体光学电压互感器

提出了一种基于普克尔效应的双晶体光学电压互感器。设计了双晶体光学电压传感单元和光学电压互感器系统。设计了三种互感器加压方式,并在常温条件下进行了交流实验。实验结果表明该传感单元在三种加压方式下的输出都具有良好的线性关系,响应迅速无延迟,输出波形较好无失真。在传感单元上直接接电极引出线测量灵敏度最强,金属圆筒和平行平板加压方式下互感器输出的变比误差较小,电压较高时变比误差不大于±0.12%。表明了该互感器设计方案的可行性,为下一步原理样机的研制提供参考。     

石英晶体参数测量的数字鉴相系统

石英晶体做为高精度频率源的核心部件被广泛应用于各个领域,对于高精度的石英晶体谐振频率的测量需要进行精确稳定的相位差检测;为了提高相位差测量精度,研究了高精度的数字鉴相方法,该方法可以提高π网络零相位法的检测精度,并且在鉴相的同时实现鉴频和鉴幅,可以利用鉴频提高鉴相的精度,利用鉴幅加快π网络检测速度;为了验证数字鉴相方法的有效性,研制了基于DSP的石英晶体参数测量π网络零相位法系统,利用该系统检测石英晶体的谐振频率,检测误差达到2PPM。     

基于PDR/UWB紧耦合的足绑式行人导航技术

为了解决低成本微机电惯性导航系统存在的累积误差问题,提出一种基于融合行人航迹推算(PDR)和超宽带(UWB)无线定位的实时室内行人导航系统.利用加速度计和磁强计进行初始姿态对准;考虑滤波误差估计,推导了惯性导航算法;依靠加速度计和陀螺仪的"与"逻辑进行行人步态检测;实施零速更新(ZUPT)提供速度误差观测量,利用UWB系统提供位置误差观测量;设计具有野值辨识机制的扩展卡尔曼滤波器进行数据融合.对提出的行人导航算法进行实验验证,结果表明该行人导航算法与传统定位方法相比能够有效提高行人定位精度.实验中,该行人导航算法能够获取低于0.2 m的定位误差,且稳定、不发散.     

未知非线性零和博弈最优跟踪的事件触发控制设计

设计了一种基于事件的迭代自适应评判算法,用于解决一类非仿射系统的零和博弈最优跟踪控制问题.通过数值求解方法得到参考轨迹的稳定控制,进而将未知非线性系统的零和博弈最优跟踪控制问题转化为误差系统的最优调节问题.为了保证闭环系统在具有良好控制性能的基础上有效地提高资源利用率,引入一个合适的事件触发条件来获得阶段性更新的跟踪策略对.然后,根据设计的触发条件,采用Lyapunov方法证明误差系统的渐近稳定性.接着,通过构建四个神经网络,来促进所提算法的实现.为了提高目标轨迹对应稳定控制的精度,采用模型网络直接逼近未知系统函数而不是误差动态系统.构建评判网络、执行网络和扰动网络用于近似迭代代价函数和迭代跟踪策略对.最后,通过两个仿真实例,验证该控制方法的可行性和有效性.     

基于无迹卡尔曼滤波的旋转倒立摆LQR控制

LQR控制器在含有系统噪声与量测噪声的旋转倒立摆系统应用中,难以获得精确的状态向量实现对系统的最优控制.为了提高LQR的控制精度,引入了无迹卡尔曼滤波(UKF)状态观测器,以获得系统的最优状态估计量,实现基于动态规划的自抗扰二次型最优反馈控策略.与卡尔曼滤波(KF)相比,UKF用于非线性系统的状态估计的主要优势是不需要线性化去计算状态转移矩阵,避免了系统线性化带来的模型误差.在含有系统噪声与量测噪声的旋转倒立摆仿真模型下,对基于KF和UKF的LQR控制器进行了仿真对比分析.仿真结果表明,UKF对系统响应时间、控制精度、鲁棒性的优化效果更好.     

Study on the exponential path tracking control of robot manipulators via direct adaptive methods

Exponential path tracking control represents an important issue pertaining to the transient performance of robot control systems. In this paper, the so-called Exp-transformation is applied to obtain transformed robot dynamics models which are used to derive several adaptive control algorithms that achieve exponential path tracking. In contrast to the existing composite adaptive control method; where both the tracking error and the prediction error are used and persistent excitation (p.e.) is required, the proposed strategy requires only the tracking error. This makes the control structure simpler and easier to implement. The main contribution of this paper is the development of practical control strategies for which the p.e. requirement is completely removed (as opposed to relaxing it to semi-p.e. as was done in a recent work). The fundamental idea introduced for exponential stability analysis is conceptually simple and global results are obtained.     

Finite-horizon neuro-optimal tracking control for a class of discrete-time nonlinear systems using adaptive dynamic programming approach

In this paper, a finite-horizon neuro-optimal tracking control strategy for a class of discrete-time nonlinear systems is proposed. Through system transformation, the optimal tracking problem is converted into designing a finite-horizon optimal regulator for the tracking error dynamics. Then, with convergence analysis in terms of cost function and control law, the iterative adaptive dynamic programming (ADP) algorithm via heuristic dynamic programming (HDP) technique is introduced to obtain the finite-horizon optimal tracking controller which makes the cost function close to its optimal value within an ?-error bound. Three neural networks are used as parametric structures to implement the algorithm, which aims at approximating the cost function, the control law, and the error dynamics, respectively. Two simulation examples are included to complement the theoretical discussions.     

具有声定位功能的无线传感器网络节点设计

介绍一种具有声定位功能的无线传感器网络节点,可以实时测量目标节点的方位和距离。对目标方位的估计基于四元十字阵列的时延估计法,对目标距离的估计采用TDOA机理的测距原理。实验测试表明,整个系统在空闲状态下的电流不大于20 μA,在15 m的范围内,距离误差小于3%,方位角误差则随着采样率或阵元间距的增大而减小。     

一种新的变步长频域块LMS算法

针对现有直接序列扩频（DSSS）通信抗干扰系统中的传统频域块最小均方误差（FBLMS）算法在收敛速度和稳态误差之间存在矛盾的问题,提出了一种新的变步长算法--VSS-FBLMS算法,该算法通过输出信号中剩余干扰所占整体噪声信号的比例来调节变步长因子,步长因子随着干扰的被滤除而逐渐减小,使得DSSS通信抗干扰系统获得更好的抑制干扰效果。首先对传统FBLMS算法的DSSS抗干扰系统进行了介绍,然后对提出的VSS-FBLMS算法进行分析,最后将新算法和传统算法加入DSSS通信抗干扰系统中进行仿真对比。理论分析和仿真结果表明,VSS-FBLMS算法不仅可以有效滤除窄带干扰,而且抗干扰性能优于传统FBLMS算法,收敛速率和稳态误差也都优于传统FBLMS算法。     

集成逆向工程系统的误差分析与检测

针对当前企业产品快速开发和创新设计的要求,构建了具有误差分析与检测功能的集成逆向工程系统框架。通过对所存在的误差进行分析,以便对整个系统进行实时的闭环的检测和修复。在分析系统框架的基础上,提出两个不同的误差求取方案并简化了相应的误差模型,同时给出了模型配准算法。通过两个具体案例,展示了不同方案的模型配准过程。     

A Variable-Parameter-Model-Based Feedforward Compensation Method for Tracking Control

Base on the accurate inverse of a system, the feedforward compensation method can compensate the tracking error of a linear system dramatically. However, many control systems have complex dynamics and their accurate inverses are difficult to obtain. In the paper, a variable parameter model is proposed to describe a system and a multi-step adaptive seeking approach is used to obtain its parameters in real time. Based on the proposed model, a variable-parameter-model-based feedforward compensation method is proposed, and a disturbance observer is used to overcome the influence of the model uncertainty. Theoretical analysis and simulation results show that the variable-parametermodel-based feedforward compensation method can obtain better performance than the traditional feedforward compensation.     

瞬态热流法导温系数测试装置与软件开发

介绍了基于瞬态热流法的导温系数快速测定系统,针对测试装置开发了专门的数据采集、处理和控制软件,该软件可以进行过程监控,高频采集数据并进行误差分析处理.用该装置测试了几种固体散状物料的导温系数,测试结果表明该系统稳定性高,误差小,有一定的工业应用价值.     

Optimal tracking control of a class of nonlinear discrete-time switched systems using adaptive dynamic programming

In this paper, an infinite-horizon optimal tracking control scheme is proposed for a class of nonlinear discrete-time switched systems. First, via system transformation, the optimal tracking problem is converted into designing an optimal regulator for the tracking error dynamics. And then, with convergence analysis in terms of value function and control policy, the iterative adaptive dynamic programming (ADP) algorithm is introduced to obtain the infinite-horizon optimal tracking controller which makes the value function close to its optimal value function. Next, two neural networks are used as parametric structures to implement the ADP algorithm, which aim at approximating the value function and the control policy, respectively. Finally, a simulation example is included to complement the theoretical discussions.