光电稳定跟踪装置中微机电陀螺应用研究

以微机电陀螺在高精度光电稳定跟踪装置中的应用为背景,研究了陀螺输出噪声对光电稳定跟踪平台精度的影响.结果表明,陀螺噪声会引起平台基准轴的抖动和缓慢漂移.根据微机电陀螺的实测数据,分析了其噪声特性.基于AR模型建立了微机电陀螺的噪声统计模型.研究了基于Kalman滤波的陀螺去噪算法,给出了去噪结果,分析了该算法不能够取得较好滤波效果的原因.针对Kalman滤波在微机电陀螺信号低频去噪方面的局限性,将基于阈值决策的小波去噪方法应用于微机电陀螺的信号处理中,给出了滤波结果.实测结果表明由于后者不依赖于噪声的精确模型,可根据噪声在不同频段的统计特性采用阈值决策滤波,具有更好的抑噪效果.最后给出了两种滤波算法的比较.     

导引头伺服机构的结构非线性动力学特性研究

基于Hertz接触理论,建立了表达角接触球轴承非线性刚度的二自由度矩阵模型;以导引头伺服机构为对象,建立了导引头陀螺装配结构六自由度非线性运动微分方程;借用经典数值算法的思想,提出了一种求解陀螺装配结构六自由度非线性运动微分方程的四阶Runge-Kutta算法,并对陀螺支架的非线性动力学特性进行了虚拟扫频分析。研究发现,由于角接触球轴承接触刚度的非线性,陀螺支架的谐振峰分布在扫频的所有频率范围(0～500Hz)内,而增大装配预紧力却可以提高陀螺装配结构的谐振频率,减少谐振峰的出现频次,故工程上可通过调节装配预紧力来抑制谐振峰值。     

摩擦对稳定跟踪平台低速性能影响的研究

以某型直升机驾驶员夜视系统稳定跟踪平台伺服系统设计为背景，针对系统中存在的非线性摩擦影响，着眼于摩擦模型、二质量伺服系统模型以及摩擦补偿问题，从理论上进行了探讨。     

高低压配电间监测系统的研制

大中型企业配电间担负着整个企业的电力管理、分配任务。配电间管理的自动化对企业搞好计划用电、节约用电有重要的意义。本文介绍一个高低压配电间监测系统的设计及实现方案。     

基于过渡面的同速区间规划与质量预估研究

针对过渡曲面加工表面质量往往比普通曲面更难控制的特殊性,开展与过渡面适应的速度规划、加工轨迹的局部优化等研究来改善过渡面的表面质量,并通过运动参数可视化来预测过渡面的加工质量。在一定变化范围内,使空间曲率、挠率具有连续性的连续程序段属于一个区间,以建立过渡面的刀具轨迹“同速区间”。在同速区间内建立弧长参数化、拟合递推式Akima样条曲线,实现刀具轨迹的局部优化。通过数控模拟软件采集运动参数(速度、加速度及电流等),生成的插补文件导入自主开发的运动参数可视化软件,形成可视化图以此来预估加工表面质量。分别对可乐瓶底与变曲率曲面的过渡面进行同速区间规划与轨迹优化,得到了优化前后的可视化图。进一步,验证预估表面质量的有效性,通过对变曲率过渡面和五指山零件实际加工,验证了加工表面质量提高与否与可视化图好坏的一致性。因此建立过渡面同速区间及运动参数可视化,以实现过渡面的质量预估及提升效果。     

光电跟踪伺服系统的动态非线性控制方法

为提高伺服系统的跟踪精度和响应速度,提出一种非线性PID控制方法。对比了光电跟踪系统捕获与跟踪响应的特征,给出快速稳定的非线性控制方法,并以某光电跟踪系统为例进行实验与分析。结果表明,该方法能实现从捕获到跟踪过程的平滑、快速过渡,保证稳定跟踪中的精度,已得到成功应用。     

安全集成伺服电机驱动模块设计

为了避免装备制造过程中机械部件发生不期望的运动而导致的安全事故,根据IEC61800-5-2标准对伺服驱动模块功能安全集成设计方法进行研究。通过分析伺服驱动数学模型、硬件构成、功能架构,明确了伺服驱动模块原理。根据其原理讨论了伺服驱动模块的失效机理、失效方式以及失效对系统的影响,并建立了基于参数约束的安全运行区间,可对伺服驱动模块危险失效进行主动监测。然后,通过对IEC61800-5-2建议的17项安全功能的特性分析,设计了安全相关系统架构,提出了基于对象字典的安全功能集成方法,可根据具体的安全要求实现安全功能的配置。最后,搭建实验平台并设计典型安全逻辑,对安全集成方法进行验证。实验结果表明,所提出的功能安全集成方法能够通过配置有效地实现IEC61800-5-2建议的安全功能,满足伺服驱动模块对安全功能的通用化需求。     

机电装备运动控制软件功能库开发

运动控制功能库是集成在可编程集成环境中的标准功能块集合,对于快速开发可重构PAC系统具有重要意义。为解决功能块的快速开发和控制系统的标准化开发问题,对功能块开发方法和关键技术进行研究,提出了一种基于PLCopen规范的运动控制功能库架构及其快速开发方法。对经典机电设备的伺服控制原理进行研究和分析,在国产编程开发工具上开发了一系列运动控制功能库。然后,基于“软件定义机器”思想,利用图形化的编程方式构建机电装备的运动控制系统,并在高精度旋转双棱镜等平台上进行验证。实验结果表明,所开发的功能块及系统能够完成目标运动,且自主可控系统的插补精度达到0.3 mm。因此,本文所提出的功能块的开发方法和功能库架构能够满足大部分机电设备的控制需要。     

基于数控加工中运动参数可视化的零件表面质量预估方法

数控加工采用柔性速度规划控制方法,使得速度、加速度及捷度等运动量连续,减少刀具在变速过程中对零件冲击从而提高加工质量。但是速度等运动参数在加工中作为过程量很少保存,很难与具体零件表面质量相对应,而运动参数的连续性和平滑性对表面质量的改善有重要因果关系。因此,将运动参数保存起来,通过运动参数可视化来预估表面质量情况。该方法通过采集数控系统实时运动参数,建立参数与零件表面空间点对应关系,根据运动参数的不同大小和强度,通过渐变色方法,在与之对应的空间点匹配着色,通过颜色是否均匀变化来判断表面质量情况。通过实例证明了该方法简洁高效,能很好地预估加工表面质量。     

精密谐波传动系统建模

针对谐波传动系统的控制方法与性能预测问题,本文考虑影响谐波传动系统性能的主要因素,提出了一种精密谐波传动系统建模方法。建立了整个谐波传动系统的动力学模型和Simlink仿真模型,给出了仿真模型中各参数的获取方法。针对模型中难于准确测得的参数,提出了一种最小二乘辨识方法。对谐波传动系统的仿真模型进行了时频域仿真分析与实验验证,结果表明:建立的谐波传动系统模型各参数具有明确物理意义,便于工程应用;建模时仅利用一次扫频即可得到所有未知参数的估计值,提高了参数获取的效率,降低了成本;仿真模型与实际系统时频域特性基本一致,所有结果匹配度超过70%。得到的结果验证了该建模方法的正确性。