应用于运动平台光电跟瞄系统的惯性参考单元研究综述

目标的变化和任务的拓展对光电跟瞄系统提出了快速机动的要求,从地基平台到车载、船载、机载、星载等运动平台是光电跟瞄系统的重要发展趋势。基于惯性参考单元(Inertial Reference Unit,IRU)的视轴稳定方式是克服运动平台高频扰动,实现光电跟瞄系统微弧度甚至亚微弧度级跟瞄的主要技术手段。针对运动平台光电跟瞄系统精确指向对载体基座扰动抑制的需求,分析和对比了IRU的各种技术方案,特别介绍了利用低噪声、宽频带惯性传感器敏感角扰动,并通过反馈控制实现视轴惯性稳定的系统方案。从此类IRU系统的工作原理出发,阐述了系统的两种工作模式及功能特点,建立了系统数学模型。然后,介绍了IRU的国内外研究进展及发展方向,指出惯性传感、支承结构和控制系统是决定IRU稳定能力的关键因素,梳理了三项关键技术的研究动态。最后,总结了IRU的空间应用情况,并结合目前的应用需求对其未来应用领域进行了探讨。

三维运动平台联合全身振动训练对老年脑卒中患者平衡功能及跌倒风险的影响

目的:探讨三维运动平台训练联合全身振动治疗对老年卒中患者平衡功能跌倒风险的影响。方法:选择2021年9月—2022年8月在广州医科大学附属第二医院康复科进行康复治疗的80例老年脑卒中患者,按数字随机表法分为对照组和观察组,研究过程中每组均脱落2例,最终对照组和观察组完成病例数均为38例。两组患者均接受常规康复训练,对照组在常规康复训练的基础上进行静态平衡训练,观察组在常规康复训练基础上进行三维运动平台训练联合全身振动治疗,每周治疗6次,连续训练6周。治疗前后分别使用Berg平衡量表(BBS)、计时起立行走测试(TUG)、Pro-Kin平衡测试仪进行平衡及跌倒风险评估。结果:治疗前,两组患者的BBS评分、TUG评分、压力中心运动面积评分、压力中心运动长度评分、稳定极限(LOS)评分比较,差异无显著性意义(P>0.05)。治疗6周后,两组患者上述评分均较组内训练前明显改善,差异有显著性意义(P<0.05),且观察组BBS评分(50.79±5.69)分、TUG评分(14.13±3.00)分、压力中心运动面积评分(327.32±57.66)分、压力中心运动长度评分(445.79±56.95)分、LOS评分(86.82±3.33)分,均明显优于对照组(P<0.05)。结论:三维运动平台训练联合全身振动治疗有助于改善老年脑卒中患者的平衡功能,但对患者跌倒风险的影响需进一步随访分析研究。

基于气体静压运动平台的自抗扰控制仿真分析与实验研究

为了进一步提高气体静压运动平台的稳定性以及抗干扰性能,针对气体静压运动平台自身存在的扰动对其控制算法进行研究。文章提出了一种PD控制与线性扩张状态观测器相结合的自抗扰控制算法,在Matlab/Simulink中搭建了控制模型进行仿真分析,并搭建平台进行实验验证。利用该算法解决了传统PID控制算法在气体静压运动平台存在的扰动问题。结果表明:相比于传统PID控制算法,自抗扰控制算法能够有效减小跟踪误差,降低超调,并且提高了气体静压运动平台的抗干扰性能。

水下运动平台的广义Radon变换目标参数估计方法

针对传统目标运动分析算法受静止单平台可观测性限制的问题,本文提出了一种基于广义Radon变换的水下运动平台目标参数估计方法。在观测平台自身的运动参数已知的假设下,推导了目标方位与各运动参数的数学关系,在此基础上通过对平台声呐测得的目标时间方位历程进行广义Radon变换,依次得到目标的航向角、速度以及目标相对于探测平台的初距,最终实现目标运动轨迹的解算。利用矢量阵的仿真数据对方法的可行性进行了分析验证,结果表明:作为一种批处理类方法,该方法无需进行迭代运算,易于实现,在较低信噪比条件下仍具有很好的估计精度和鲁棒性。

基于指数增益迭代学习三轴运动平台轮廓控制

为了得到三轴运动平台精确的轮廓误差估计值,提出了一种基于指数增益型迭代学习的轮廓控制方法。以永磁直线同步电机驱动的三轴运动平台为研究对象,建立三轴运动平台的数学模型,采用泰勒扩展轮廓误差估计法对轮廓误差进行估计,并设计了基于指数增益的PD型迭代学习控制器。采用交叉耦合控制策略,选取按比例的分配方式将轮廓误差补偿到原始参考轮廓上。仿真结果表明,针对给定马鞍形和心形曲线采用指数增益迭代学习比传统迭代学习控制的轮廓误差最大值以及均方差值均有所减小,可证明该方法能够有效减小系统轮廓误差,提升轮廓控制精度。

考虑模态分析的超高加速度宏微运动平台导轨架优化设计

超高加速度宏微运动平台具有定位精度高、误差小等优点,基于模态分析对超高加速度宏微运动平台的关键机构导轨架进行优化设计,以实现平台的性能优化。采用SolidWorks软件搭建导轨架模型,通过ANSYS Workbench软件进行模态分析、拓扑优化和响应面优化等,在保持1阶固有频率稳定的前提下尽可能降低导轨架的质量。结果表明:响应面的优化符合预期目标,导轨架的1阶固有频率增加了0.7%,质量从6.165 kg减小到5.592 kg,变化率为9.2%,达到了轻量化的目的。

基于运动平台的雷达目标航迹角度模拟方法

针对目前雷达目标模拟器构建的模拟目标态势过于单一的问题,通过引入运动平台配合信号延迟转发的方法,讨论实现方位向及俯仰向运动目标的模拟方法,可以为雷达性能检验和操作手训练提供更加逼真的空情信息。

基于三自由度运动平台的运动姿态数据采集研究

根据三自由度运动平台的原理和结构,面向市场需求,研究设计了一款三自由度运动平台数据采集装置,可以广泛应用于5D影院、轨道影院、仿真模拟驾驶、飞行驾驶模拟、航海驾驶模拟、虚拟现实动感体验等领域,具有很高的市场价值。

三维运动平台训练对脑卒中患者平衡与步行功能的效果

目的探讨三维运动平台训练对脑卒中患者平衡和步行功能的作用。方法2021年8月至2022年8月,广州医科大学附属第二医院脑卒中患者80例随机分为对照组(n=40)和观察组(n=40)。对照组采用常规康复训练,观察组在常规康复训练基础上增加三维运动平台训练,共4周。分别于治疗前后,采用Berg平衡量表(BBS)、功能性步行量表(FAC)和三维步态分析(步速、步频、患侧支撑期百分比、双支撑期百分比)评估患者的平衡和步行功能。结果治疗4周后,两组BBS评分、FAC分级、步速、步频、患侧支撑期百分比、双支撑期百分比均显著改善(|t|>4.423,|Z|>5.292,P<0.001),且观察组各项指标均优于对照组(|t|>3.748,|Z|=2.646,P<0.05)。结论三维运动平台训练有利于改善脑卒中患者的平衡和步行功能。

H型运动平台的时变非奇异快速终端滑模控制

针对以伺服电机和滚珠丝杠作为传动机构的H型运动平台系统位移跟踪控制存在的难点,设计了一种基于时变非奇异快速终端滑模控制器的控制方案。在滑模控制器设计阶段,提出一种新的滑模面幂指数时变方法,以加快系统状态的收敛速度;针对H型运动平台Y向两轴位移同步误差的控制问题,运用同步误差和单轴误差相结合作为控制器输入的方式减小了两轴位移误差。以仿真实验验证了提出的时变幂指数方法可提升系统状态的收敛速度,证明了相较于PID控制和一种滑模PID控制方式,采用本文提出的时变非奇异快速终端滑模控制方案后,H型运动平台单轴运动误差和双轴同步误差更小、误差波动幅度更小。

运动平台分布式功率合成效能分析

针对运动平台的位置摄动问题,分析了位置摄动对分布式功率合成效能影响,建立了存在位置摄动的分布式功率合成模型,推导了平均远场波束图、互补累积分布函数表达式以及3 dB波束宽度近似表达式。理论分析和数值仿真表明,位置摄动加剧会导致分布式功率合成的平均远场波束图、峰值功率、3 dB波束宽度和互补累积分布函数不断恶化。当位置摄动达到信号波长的9%时,运动平台进行分布式功率合成后的信号峰值功率下降到其理论上限的90%。

基于缩减基法的刚柔耦合运动平台快速优化

传统有限元分析方法计算量大,难以保证优化效率。本次研究将缩减基法用于刚柔耦合运动平台的快速优化,介绍了缩减基法的基本理论以及刚柔耦合直线平台的仿真模型,然后对缩减基法计算的位移结果进行误差分析,最大的相对误差为1.8×10^(-3),说明此方法不仅效率高,还有良好的计算精度。最后引入遗传算法优化平台的结构参数,并使用ABAQUS验证优化结果。结果表明优化后平台的倾翻角度减少了17.2%,证明缩减基与遗传算法的结合不仅避免了出现局部最优解的情况,还能够达到快速优化的目的,大大缩短了设计周期。

超高加速度宏微运动平台基座模态分析与优化设计

超高加速度宏微运动平台基座与音圈电机共振会严重影响平台的定位精度。以基座为研究对象,以提高基座1阶固有频率和降低质量为研究目标,利用SolidWorks和ANSYS Workbench进行模态分析、拓扑优化、直接优化和响应面优化分析,获得了模态振型、固有频率和优化方案,并对优化后的模型重新进行有限元分析。结果表明:基座1阶固有频率增加6.8%,质量减小8%,提高1阶固有频率同时实现了基座轻量化。

基于LabVIEW三轴运动平台实践项目研究与实施

运动控制是虚拟仪器技术和应用课程领域的关键要素。项目深入研究以三轴丝杠运动平台为中心的综合实践项目。项目利用LabVIEW和雷赛DMC2410运动控制卡,旨在实现多样化的可控精确运动,包括点控制、连续运动、插补运动等。通过LabVIEW的QMH框架实现运动参数和轨迹的生成、运动控制的人机交互(HMI)界面,该框架有助于实时操作响应与相对较慢的机械运动的有效融合。项目创新地将各种硬件模块及其DLL库的调用等知识点融合到LabVIEW程序框架中,这种融合不仅增强了学生对理论概念的理解,也锻炼和考核了学生的综合实践能力和解决问题的能力,更进一步拓宽了学生的视野,鼓励他们全面理解运动控制背景下软件和硬件之间的相互作用。因此,三轴运动平台实践项目可以丰富教育经验,培养学生在虚拟仪器技术领域的细致入微的技能。

刚柔耦合运动平台的滚动直线导轨副刚度与磨损研究

面向电子封装设备等的精密运动平台的磨损对其定位精度有显著影响.在本文中研究了刚柔耦合运动平台中滚动直线导轨副的刚度与磨损,根据Hertz接触模型获得了滚珠的法向接触刚度解析模型,并建立了滚珠与滚道接触的有限元模型验证了解析模型的准确性.采用Archard磨损理论建立了刚柔耦合运动平台中滚动直线导轨副的磨损预测模型,并与传统的刚性运动平台进行有限元仿真对比.根据仿真结果,刚柔耦合运动平台在定位阶段对导轨副的磨损较小.最后通过检测运动时导轨副的温度定性判定磨损的大小,试验结果表明,刚柔耦合运动平台可减缓导轨副工作温度的升高和降低接触表面磨损量,为高精度运动平台的设计和精度保持提供了新的研究思路.

基于参考调整轮廓误差的直驱XY运动平台自适应非线性滑模轮廓控制

针对精密直驱XY运动平台在执行加工任务时,易受到系统不确定性动力学及双轴协调匹配性的影响而产生轮廓误差的问题,提出一种基于参考调整轮廓误差(RACE)模型和不确定性补偿器(UC)的自适应非线性滑模轮廓控制(ANSMCC)方法。由于传统的将跟踪误差法向分量视作近似轮廓误差的方法并不适用于大曲率轮廓加工轨迹,因此,建立参考调整坐标系,通过坐标变换的方式计算得出更为精准的RACE模型。采用ANSMCC方法对轮廓误差进行控制,通过设计非线性滑模面可以有效提高系统的动态响应速度和轮廓跟踪精度。为进一步减小参考模型与实际对象之间的误差,设计UC对不确定性动力学进行补偿,从而提高系统的鲁棒性。实验结果表明,该方法能够有效克服直驱XY平台系统中不确定性动力学的影响,提高轮廓加工精度。

智能睡眠干预机器人运动平台的设计

基于医学理论,设计了智能睡眠干预机器人的运动平台。通过理论计算与仿真,确定了运动平台的关键参数。通过测试,验证了运动平台的性能,可以使机器人实现物理助眠的效果。

探讨基于人工智能运动平台构建居家康复方案对T2DM患者糖脂代谢的干预效果

分析基于人工智能运动平台构建居家康复方案对T2DM患者糖脂代谢的干预效果。方法:选取T2DM患者50例,随机均分为对照组和观察组,对照组进行常规降糖治疗,观察组进行基于人工智能运动平台构建居家康复方案,对比治疗效果。结果:观察组治疗效果优于对照组(P<0.05)。结论:对T2DM患者实施基于人工智能运动平台构建居家康复方案,可改善糖脂代谢指标,提高治疗效果,稳定血糖指标以及胰岛细胞功能,建议推广。

探讨基于人工智能运动平台构建居家康复方案对T2DM患者运动自我管理行为的干预效果

研究构建人工智能运动平台在2型糖尿病患者中的应用价值。方法:选取2022年01月~2022年12月在我院治疗的48例患者,随机分为观察组(构建人工智能运动平台护理模式)与对照组(24例,常规护理)。分析患者护理总有效率、血糖指标、情绪评分状况、自我管理能力评分。结果:观察组总有效率、血糖指标、不良情绪评分和自我管理能力评分均比对照组良好(P<0.05)。结论:在护理2型糖尿病患者阶段,采用构建人工智能运动平台方式,有利于减少患者血糖水平、提升自我管理行为,患者情绪得到改善,因此属于良好护理措施。

一种并联机床运动平台位姿测量方法

提出一种采用附加测量机构直接测量并联机床运动平台位姿精度的方法。其基本思想是根据运动平台的运动特性在固定平台和运动平台之间增设附加测量机构，当运动平台运动时带动测量机构运动，通过安装在测量机构上的传感器测得广义坐标参量， 经运动学建模即可得到运动平台的位姿。当测量机构位姿正解求解速度满足实时控制要求时，利用该反馈信息对机床进行实时精度补偿和控制。基于上述思想建立的并联机床位姿测量系统可部分排除机床切削力变形和运动副间隙等误差， 从而提高机床的位姿测量精度。以一种五坐标并联机床为例，介绍采用附加测量机构直接测量运动平台位姿精度的建模方法。其中， 测量机构的综合十分重要。测量机构的组成决定了运动学模型的复杂程度， 即决定了运动学模型的计算效率。