针灸并联机器人虚拟仿真在线实验教学设计

为了提升学生的综合应用及创新实践能力,针对机器人实验教学存在的时间场地不可及、易受硬件条件约束等问题,在特定针灸任务驱动下,围绕机器人运动学模型、轨迹规划、姿态控制、位置控制等知识点,运用虚拟仿真技术构建了可扩展性强、界面直观、场景流畅、可交互操作的并联机器人在线实验教学系统,服务于机器人控制实践等课程教学。有效激发了学生的学习兴趣,提升了学生拓展迁移所学知识解决实际工程问题的能力,为培养满足国家需求的新工科创新人才提供了条件。

一种游动傅科机械编排的捷联惯性间接极区导航算法

针对指北方位、游移方位等机械编排的惯性导航系统在极区附近出现计算溢出、导航误差发散、方向基准缺失等问题,本文提出了一种基于游动傅科机械力学编排的捷联惯性间接极区导航算法。首先,推导了传统坐标系和横向坐标系下的游动傅科机械编排位置、速度和姿态转换关系,并设计了完整的捷联惯性极区导航流程。其次,在详细分析载体沿经线穿越极点时的导航解算性能基础上,提出了一种游动傅科机械编排的捷联惯性间接极区导航算法。实验结果表明,该算法能够实现传统导航与横向导航方式的平滑切换,并借助横向导航信息解决载体穿越极点时无法导航的难题。

无人机航路规划实验教学平台设计与应用

航路规划是导航与制导专业课程中的重要内容。结合实验教学中导航与航路规划等知识点,设计了以双旋翼无人机为对象的自主航路规划实验虚拟仿真教学平台。在此基础上,开发了无人机三轴速度控制实验、基于强化学习的未知环境航路规划实验、基于人工势场法的多场景航路规划实验。教学应用表明,学生在实验平台上学习后,对无人机控制与导航产生了兴趣,对智能路径规划问题有了更深的认识。

星表探测机器人控制技术虚拟仿真实验教学设计

为了满足学生探索前沿科技、提升自身创新实践能力的需求,结合我国星表探测前瞻性研究成果,充分考虑控制系统分析、设计、应用、探索的全过程,设计了以火星车(地面机器人)和火星无人机(空中机器人)为控制对象的虚拟仿真实验,构造了一维空间火星车单轮控制性能测试、二维空间火星车自动行驶控制系统设计、三维空间火星无人机飞行控制系统探究等循序渐进的实验内容,为学生提供了可交互的高粒度虚拟仿真实验环境,从而激发学生的学习兴趣和勇于探索的精神,为培养满足国家需求的新工科创新人才提供条件。

基于可靠性分析的最优冗余配置数量确定方法

针对基于传感器级冗余的捷联惯性导航系统中陀螺仪的冗余配置问题,设计了一种确定最优冗余配置陀螺仪数量的方法,综合考虑了系统的可靠性和成本代价.在各陀螺仪故障的发生为相互独立的前提下,以可靠性函数为工具,提出了确定最优冗余配置数量的性能指标.以该性能指标为依据,分析了斜置冗余配置的陀螺仪数量改变时该指标值的变化情况.结果表明:确定最优冗余配置数量的性能指标的值最大时,所对应的最优斜置冗余配置陀螺仪数量为6.

D-最优试验设计在动力调谐陀螺测试中的应用

为了提高动力调谐陀螺的静态漂移误差测试精度,针对简化静态漂移误差模型,并且考虑陀螺安装角误差的影响,依据D-最优试验设计理论以及正交设计的均匀分散性试验设计思路,设计了一种满足D-最优性质的正交八位置试验方案,并在整个正交空间内采用全局搜索的方法验证了其D-最优性。在相同试验环境下,采用力反馈位置试验法,以全正交空间预测误差平方和最小为评价准则,对该八位置试验方案和国军标GJB1183—91中的八位置试验方案进行比较与评价,试验结果表明该八位置试验方案优于国军标GJB1183—91中八位置试验方案。

空空导弹中制导系统蒙特卡罗仿真研究

基于蒙特卡罗仿真技术 ,研究了导弹中制导方案的可行性 ,分析输入参数误差 ,初始不对准误差 ,惯性器件误差 ,目标机动 ,计算延迟等因素对导引头截获目标的影响。仿真结果表明 ,采用比例导引律和低精度的捷联惯导系统可保证中制导段结束时导引头可靠截获目标。

一种微惯性/软件接收机超紧组合方案研究

为了改善软件接收机性能,提出一种微惯性/软件接收机非线性超紧组合方案.分析接收机跟踪环路和微惯性测量组件非线性的基础上,提出了非线性跟踪滤波器和非线性组合滤波器的设计方法.基于跑车实验数据完成了该超紧组合系统性能的试验验证.结果表明,在即时码In-phase/Quadra-phase信号较弱的情况下,该超紧组合跟踪环路仍保持较高的跟踪精度.

一种简单的中远程空-空导弹中制导律研究

基于奇异摄动方法，提出了中远程空－空导弹由爬升段控制、巡航段控制和交接段最小能量控制３部分构成的次优中制导律。根据工程实际要求，给出了简单的、易于实现的中制导律执行算法。结果表明，该制导律较好地满足了中制导段的要求。

无人机捷联航姿系统磁航向误差分析

为进一步提高某型飞机捷联航姿系统的磁航向精度,分析了该系统中姿态角误差对磁航向精度的影响,详细推导了磁航向角的误差公式。结合某型飞机的特点,对误差公式做了进一步简化分析,结论表明磁航向角的误差大小主要由姿态角误差的平方和决定。采用试飞数据进行仿真,结果验证了误差公式及分析结论的正确性。

智能航迹推算系统的研究

提出了一种新模糊滤波法用于补偿磁罗盘测量值中的低频干扰。在此基础上 ,进一步提出了一种新的滤波方法 :模糊 -补偿滤波法 ,以消除磁罗盘测量值中各种干扰的影响。仿真表明 :在较长的时间内 ,采用模糊 -补偿滤波法的航迹推算系统的航向估值误差和位置误差均较小。

基于奇异摄动的捷联惯导伪圆锥误差补偿算法

提出了一种新的高精度捷联惯导系统（SINS）姿态更新算法——基于奇异摄动理论的算法。该方法是对伪圆锥误差较大的传统Savage姿态更新算法改进，它运用奇异摄动理论抑制载体真实的角运动频率与宽频带噪声的频率混叠在一起时出现的圆锥误差放大现象——伪圆锥误差，同时将陀螺输出分为快变部分和慢变部分，利用陀螺敏感的载体角运动与陀螺非理想输出信号的两时间尺度特性补偿伪圆锥误差。该算法通过可调参数以控制任意频段的伪圆锥误差的影响，实现算法精度的提高。仿真结果表明，此新方法与目前高精度的Savage四子样算法相比不仅能够提高姿态更新的精度和速率，而且具有良好的灵活性和较小的计算量。

挠性陀螺仪最优位置试验设计

采用二次曲面复合设计的试验设计思想,在D-最优准则条件下,研究了挠性陀螺仪最优位置试验设计方法。在此基础上,提出了一种最优的八位置试验方案。试验结果表明,采用该八位置试验方案估计一次项漂移系数的精度比IEEE Std 813-1988中规定的八位置试验方案估计的精度高。

快速爬升的奇异摄动中制导律设计

为满足实际作战的要求，基于最优控制理论和奇异摄动方法，提出了一种可保证中远程空地导弹快速爬升到最优高度的中制导律．它由变系数最优爬升控制，最小能量巡航控制和最小能量下滑控制组成．为了减小爬升段控制对下滑段的影响，提出了一种新的控制逻辑．最后针对某型空地导弹进行了仿真．结果表明，该中制导律较好地满足了中远程空地导弹在中制导段的要求．本文的研究结果具有较好地工程参考价值．

多体系统摩擦接触问题的DAE-LCP方法

当多体系统的约束全部是摩擦接触时,其动力学问题可归结为一个常微分方程(ordinary differentialequation,ODE)与线性互补问题(linear complementarity problem,LCP)的混合动力学问题.如果除了摩擦接触之外还增加了光滑的双边约束,则需要将ODE-LCP混合动力学模型推广为微分代数方程(differentialalgebra equation,DAE)与LCP的混合动力学模型.该文采用DAE与LCP混合动力学方法求解不考虑碰撞但同时含有持续摩擦接触及光滑等式约束的多体系统动力学问题.在建立系统动力学模型时,首先将含摩擦的约束从系统中移去得到基本动力学系统.由于基本系统中带有等式约束,所以基本系统的动力学方程为一组DAE.结合基本系统的DAE与约束的互补条件便可以得到DAE-LCP混合动力学模型.数值计算采用基于DAE与LCF的步进(time-stepping)算法,将系统动力学方程及其约束离散化并转化为一个混合LCP进行求解.该算法无需进行滞-滑状态检测,避免了事件检测导致的繁复计算.利用所提方法对典型机构的非光滑非线性特征进行了数值分析,验证了该文方法的正确有效性.

奇异摄动系统的边界层鲁棒控制研究及应用

研究一类非线性奇异摄动系统的边界层鲁棒控制问题。该类系统边界层的不确定项不满足一般匹配条件。鲁棒控制器的设计分为伪名义边界层系统和整个边界层系统两步进行。在满足某些条件时,设计的控制器可使该类系统的边界层仍保持渐近稳定特性。将此方法用于中程空地导弹的中制导系统,仿真结果验证了该设计方法的有效性。

压电陀螺随机误差建模方法研究

为了提高压电陀螺的精度,提出了一种适合压电陀螺的随机漂移误差建模方案。该方案由与时间相关的趋势项拟和、基于最小自相关检验准则的ARMA模型辨识和基于卡尔曼滤波的模型适用性检验三部分组成,具有自主性强,准确性好,便于计算机实现等特点。试验结果表明了该压电陀螺的随机漂移误差建模方案的有效性和正确性。

非光滑多体系统最大Lyapunov指数的计算方法

结合非光滑力学与非线性动力学的理论给出非光滑多体系统最大Lyapunov指数的数值计算方法.应用第一类Lagrange方法建立具有单边约束非光滑多体系统变拓扑结构动力学方程;应用线性互补理论与方法检测非光滑事件;应用混沌同步方法计算Lyapunov指数.在提高计算速度方面,提出了采用二分搜索法加快搜索速度以及采用调制参数方法加快系统达到同步状态的速度.通过算例说明本文算法的可行性与有效性.

含摩擦双边约束多体系统的Time-Stepping方法

与光滑约束系统相比,含摩擦的双边约束多体系统动力学有本质的不同.对该类特殊系统提出了一般的建模与数值分析方法.建模方面将每一含摩擦的双边约束分解为两个方向相反的单边约束,用互补条件取代原有的约束等式,避开了含绝对项的动力学方程.在数值方面,采用基于线性互补问题的time-stepping算法.该算法避开了非光滑动力系统计算量随约束数目增加急剧增长的Delassus问题,同时当不计静、动摩擦系数差别时,无须进行滞-滑转换检测.采用该算法对含摩擦的典型机构做了非光滑与非线性特性分析.

基于FPGA的组合导航系统专用接口板设计

在低成本MIMU/MR/GPS组合导航系统中,为了解决不同设备之间因接口不同而不能直接进行数据交互的问题,设计了一种专用接口板。该接口板选用FPGA作为核心的控制器件,并辅助以单片机PIC18LF6520和少量的芯片,为符合不同协议规范的多种设备间数据传输提供通道,在各种设备间架起一座通讯的"桥梁"。经过跑车实验,证明了该接口板性能可靠,功能强大,具有一定的通用性。详细阐述了该接口板的硬件设计思想和基本工作原理,给出了FPGA和PIC18LF6520的软件编程逻辑流程图。