用于三轴光电跟踪系统的神经网络误差修正法

系统误差的存在严重影响了光电跟踪系统的引导精度和测量精度,现阶段用于三轴光电跟踪系统的最小二乘系统误差修正法精度较低,球谐函数系统误差修正法亦不适于Z轴连续转动时的系统误差修正。三轴光电跟踪系统的系统误差是以其三个角度测量值为参数的曲面,而神经网络可以精确拟合复杂的曲线或曲面。分析和仿真证明,基于BP神经网络的系统误差修正法可用于Z轴连续转动的三轴光电跟踪系统,而且可把系统误差修正到约为原来的28%。     

用于三轴转台的卫星跟踪策略

针对纬轴工作范围为±20°的三轴跟踪架结构不能跟踪半球空域内所有卫星的问题,本文研究了卫星跟踪原理,结合纬轴受限的三轴结构特点,推导出了三轴之间关系的公式,并由此仿真得出了STTA卫星跟踪策略算法。跟踪仰角70°以上的卫星时,采用方位轴定位式水平式跟踪,这种跟踪方式既利用了水平式结构保精度跟踪天顶附近目标的优势,又克服了地平式结构有天顶跟踪盲区问题;跟踪仰角70°以下的卫星时,采用方位轴随动式水平式跟踪,这种跟踪方式使地平式跟踪方式和水平式跟踪方式有机地结合起来,实现优势互补,达到了更为理想的跟踪效果。该跟踪策略不仅解决了三轴转台纬轴工作范围受限问题,而且能够捕获跟踪半球空域内所有卫星,并保证卫星全程在保精度跟踪范围内。最后设计了实验,证明了该跟踪策略算法的有效性和可行性。     

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.     

基于自适应遗传算法的三轴光电跟踪策略

三轴光电跟踪系统由于存在一个冗余横倾轴,可以解决传统两轴光电跟踪系统存在的空间跟踪盲区,全方位跟踪空间目标。在详细分析三轴光电跟踪系统运动学特性的前提下,运用四元数方法建立了存在一个冗余自由度的运动学模型,并设计出一种新的基于自适应遗传算法的三轴跟踪策略。仿真及实验结果表明,基于自适应遗传算法的三轴跟踪策略不需要进行轴系间的运动切换即可避免跟踪盲区,真正实现了系统的三轴联动全方位连续跟踪运动;而且与现有两轴跟踪策略和三轴切换跟踪策略相比,各轴所需的转动角度减小了30%以上,因而提升了系统的跟踪性能,其跟踪快速性提高了30%以上。     

大型光电跟踪架采用焊接结构的工程分析与研究

介绍了精密焊接结构在大型光电跟踪瞄准设备中的应用.使仪器的总重量较传统的铸造结构减轻了12%～14%,同时保证了跟踪架具有较高的机械谐振频率和优于1”的轴系精度.以水平轴中间体为例,详细说明了跟踪架精密大件采用焊接结构的可行性、设计方法以及减小焊接变形,消除焊接应力保证尺寸稳定性的途径.并对水平轴中间体的刚度进行了分析与计算.     

视轴偏心的三轴跟踪机架运动学动力学分析

从视轴偏心的跟踪架系统的坐标系推导出角速度变换与力矩变换,运用动量定理和动量矩定理分析三轴跟踪机架的运动关系,对轴间的转动惯量耦合、惯性力矩的交叉耦合进行了研究,从理论上给出了它们之间的解析关系,并运用多刚体系统运动理论和拉—欧方程推导出了三轴跟踪架系统的动力学方程。     

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″。     

基于自适应差分进化算法的三轴光电跟踪策略

为解决传统两轴光电跟踪系统的跟踪盲区问题,实现空间目标的全方位跟踪,提出一种存在冗余自由度的三轴光电跟踪系统。在详细分析三轴光电跟踪系统运动学特性的基础上,运用四元数方法建立三轴光电跟踪系统运动学模型,并提出一种基于自适应差分进化算法的三轴全方位光电跟踪策略。通过对系统运动学模型进行分析,得到三轴转动角度之间的关系,从而将求取三轴转角增量组合的三变量优化问题简化为单变量优化问题,并将自适应差分进化算法应用于求取三轴角增量的最优组合当中。仿真和试验结果证明,此三轴光电跟踪策略避免以往三轴跟踪系统在跟踪过程中进行两轴切换的不连续性,可以真正实现系统的三轴联动全方位连续跟踪运动;同时,与现有的其他跟踪策略相比较,该三轴跟踪策略能够以更小的三轴转动角度实现目标的跟踪定位;因而提高了系统的快速性和跟踪性能,具有良好的工程应用价值。     

一种三轴机载光电跟瞄平台框架模型设计

在传统三轴光电平台基础上,改变第三轴坐标原点的位置,在消除平台球顶盲区的同时,有效减小平台外置部件体积.将模型及其含有的复杂非线性项进行简化和变形,最终得到适用于控制器设计的数学模型.     

一种新型的光电跟踪微机控制机床

西电公司从德国 Heinrich Zeidler公司进口了一套用来生产高压输电线上的瓷瓶的设备,它是一种利用光电跟踪技术的微机控制机床,采用光电头跟踪仿形图纸上的曲线,由微机控制机床的加工动作,从而完成工件的加工。该设备由4部分组成(图1):计算机控制专柜,光电跟踪探头,机床跟踪架及仿形图纸。 光电跟踪切削加工实际上就是光电仿形加工,它象常见的制图放大尺一样,一端沿着图形的轨迹移动,另一端则描绘出了几何尺寸成一定比例的相似图形。由于光电探头固定在机床X、Y向刀架拖板上,因而是按1:1的比例加工。有关光探头的跟踪原理目前没有公开的资…     

月基光学天文望远镜反射镜转台的设计

为了在月球上完成天文观测任务,对月基反射镜二维跟踪转台进行了热力学分析及结构设计。采用航天轻量化法设计反射镜的二维转动机构以减少载荷重量;采用外转子机构实现垂直轴系以大大提高系统沿发射方向的一阶模态。由于水平轴系跨度较大,设计中采用了一端固定另一端游动的精密轴系,并通过合理设计深沟球轴承游隙有效解决了温度变化导致的转动机构卡死的问题,进一步提高了机构的可靠性。为了满足精度要求,系统采用蜗轮蜗杆+步进电机驱动方式,严格控制蜗轮蜗杆的加工及安装工艺。在控制中以光电开关为位置定位元件,使得转台的单轴指向精度优于60″。验证试验显示:系统发射方向的一阶谐振频率达到81Hz,它可在-25℃~+60℃温度下正常工作,其指向精度(方位及俯仰)≤60″。结果表明该转台具有精度高、力学性能好、可靠性高、重量轻等特点。     

三轴仿真转台设计及动力学耦合分析

首先阐述了转台轴承应拉开合适的间距且装配时使轴承的偏心量同向,及直流力矩电机的选取方法,又给出了三轴仿真转台主要载荷的工程计算方法,然后在ADAMS2003中仿真3个框架分别单独摇摆及分别匀速转动时驱动电机输出转矩情况,再仿真3个框架同时摇摆及同时匀速转动时驱动电机输出转矩的耦合情况,最后进行实验测试,并将实验结果与仿真结果、工程计算结果及最终选取结果进行对比分析,得出3个框架同时转动时,会引起框架间力矩的耦合,驱动电机输出转矩会增加,不考虑3个框架耦合作用的工程计算结果是不准确的,工程设计中选取驱动电机必须以ADAMS中的仿真结果为依据,这就为实际设计中选取驱动电机及进一步的研究工作提供了依据。     

双框架控制力矩陀螺框架系统的扰动观测及抑制

内外框架间的耦合力矩、非线性摩擦和未建模动态是影响双框架控制力矩陀螺框架系统高精度角速率伺服控制的主要因素。为提高框架系统的干扰抑制能力,保证框架系统输出角速率精度,本文提出了一种基于非线性级联扩张状态观测器和滑模控制的复合扰动抑制方法。框架系统中的所有干扰都被认为是集总干扰并由设计的NCESO估计,通过滑模控制可从系统输出通道中消除集总干扰的影响。最后,将本文提出的控制方法与线性级联扩张状态观测器和状态反馈结合的复合控制方法进行了对比仿真实验。仿真和实验结果表明,本文提出的方法具有更好的干扰抑制和动态响应性能,内框架角速度波动从0.5(°)/s减小到0.2(°)/s,外框架角速度波动从0.45(°)/s减小到0.15(°)/s;跟踪正弦参考信号时,速度跟踪误差从1.8(°)/s减小到1.2(°)/s,相位滞后从8°减小到1.3°。     

基于CATIA三轴转台模态分析

提出了应用于惯导设备测试用三轴转台,整机采用U-O-O结构。通过CATIA建模仿真软件建立起其仿真模型,并对三轴转台运动过程进行了振动分析。通过分析,得出该型三轴转台运行平稳性、可靠性,具有较大的实用价值。     

三轴一体化光纤陀螺的Allan方差分析

为减小光纤陀螺仪的误差,提高精度,需要对陀螺仪进行误差估计和补偿。为此建立了光纤陀螺仪的误差模型,用Allan方差对三轴一体化光纤陀螺的输出进行误差分析,辨识出各项随机误差系数,得到影响光纤陀螺性能的误差源,进而对三轴一体化光纤陀螺的研制提出改进意见。     

控制力矩陀螺框架系统的谐振抑制与精度控制

控制力矩陀螺(CMG)框架系统的速率控制精度是影响其输出力矩精度的重要因素,系统中谐波减速器提高了框架系统的动态响应能力,但其产生的机械谐振大幅降低了系统的控制精度.为抑制框架系统的谐振并满足系统的控制精度,本文建立了框架系统的动力学模型,根据系统动态性能要求选取合适的阻尼系数来设计系统主导极点,使控制器产生的零点与机械谐振对应的极点重合形成偶极子,从而抑制系统的机械谐振.仿真和实验结果显示:提出的方法有效地抑制了控制力矩陀螺框架系统的谐振,0.175 rad/s恒速控制精度为0.002,0.175 sin(2πt) rad/s正弦随动控制的幅值相对误差为3.28％,相位差为0.13 rad.结果很好地满足了控制力矩陀螺的高精度输出力矩需求.     

基于COSMOSWorks的三轴稳定平台框架的优化设计

本文基于COSMOSWorks有限元分析模块,对三轴稳定平台的外框进行了静力和模态分析,并以外框的转动惯量为目标函数,以外框的尺寸、应力以及一阶固有频率为约束条件,建立了外框的优化数学模型,最后由COSMOSWorks计算出优化结果,从而实现了平台机械系统的优化过程,同时也说明了基于有限元理论的优化设计在现代机械设计中起着重要的作用。     

自由曲面三坐标加工等间距刀具路径规划

为提高自由曲面数控加工的切削效率,改善刀具的受力状态,提出了一种自由曲面三坐标加工等间距刀具路径规划方法.分析了在实际加工过程中可采用的几种刀具路径规划方法及其实现等距加工的约束条件.研究了等间距刀具路径的计算方法,并针对计算过程中出现的逼近误差校验和刀具路径延伸与裁剪问题给出了解决方法.对等参数线法和等距截面法进行了比较,表明应用该方法规划自由曲面刀具路径,可提高走刀路径对曲面形状变化的适应性和切削行间距分布的均匀性.