基于自抗扰技术的扫描机构控制

针对空间扫描机构在多工作模式下高精度控制的问题,文章提出了采用自抗扰技术设计非线性比例、积分和微分(ProportionalIntegralDerivative,PID)控制器的方法。根据扫描型光学遥感器任务要求,扫描运动机构的工作模式为扫描范围和扫描速度多种组合,即多档扫描范围及同一扫描范围内两档扫描速度。由于扫描机构运动控制精度要求高,采用一组控制参数无法实现多模式下的高精度运动控制,经过对扫描机构链路分析,认为摩擦力矩在不同工作模式下的非线性程度会对控制系统造成影响。因此,文章引入摩擦力矩模型对控制系统进行补偿,采用自抗扰技术设计非线性PID控制器,实现不同工作模式下扫描系统的精确控制。通过算法和多模式扫描运动系统仿真实验验证,说明了该方法能够有效补偿摩擦力矩引入的扫描系统非线性影响,进而保证多模式下的扫描高精度运动控制精度。

无人直升机视觉着舰中合作目标角点检测算法

舰载无人直升机自主着舰视觉导航在拍摄图像时,存在大尺度、角度畸变,使得合作目标角点难以检测,提出一种基于SIFT的分区双向匹配角点检测算法。设计了一种非对称彩色合作目标(由红色背板、绿色的H形和三角形组成),利用色彩信息对合作目标进行分割裁剪、识别,并分别对基准裁剪图和实拍裁剪图提取SIFT特征。为了提高SIFT特征匹配的实时性和准确性,提出了分区双向匹配策略。首先求取基准和实拍裁剪图中H形、小三角形重心以及H形上距离三角形重心最近的边缘点,以这三对匹配点求取基准图和实拍图间的粗略仿射模型。将基准裁剪图中的SIFT特征点经过该模型变换得到实拍裁剪图中的映射点,以每个映射点为圆心,以裁剪图宽度的1/4为半径将其分区,匹配时只选择每个映射点区域内的SIFT特征匹配点。同理,对基准裁剪图也进行分区处理。然后通过双向匹配及RANSAC算法剔除错误的匹配对,利用正确的匹配对完成基准图和实拍图仿射变换的精确模型。最后,将基准图中标定好的角点经过仿射变换获取实拍图中合作目标的角点位置。实验结果表明,该算法不仅精度高、鲁棒性强,而且具有较好的实时性。

无人机视觉着舰导航鲁棒角点精确检测算法

针对舰载无人直升机着舰时拍摄的图像存在大尺度、角度畸变,使得合作目标角点难以检测的问题,提出了一种鲁棒角点精确检测算法。设计了一种彩色非对称合作目标,通过计算合作目标的最小周长多边形(minimum perimeter polygon,MPP)来获取轮廓上的角点。针对这些角点存在伪角点及未排序问题,给出了斜率约束、距离约束和方向约束策略。最后,针对亚像素Harris角点检测算法精度高但未排序、三重约束的MPP角点检测精度低但已排序的问题,制定了这两种角点检测方法的融合策略。实验结果表明,所提算法可以有效解决合作目标图像发生大角度畸变以及一定尺度畸变范围内的角点检测。

直线参数检测的快速哈夫变换

在直线参数检测的哈夫变换中 ,基于两点确定一条直线的几何原理 ,可以消除图像点与参数点对应关系中的不确定性 ,利用这个原理可缩小每个非零图像点对应的参数空间 ,减小每个非零图像点的计算量 .同时将整幅图像分成小块表决 ,能大幅度减少哈夫变换的总计算量 。

基于近红外光谱的人眼像差校正系统中变形镜性能对比研究

对比分析了基于近红外光谱的人眼像差校正系统中两种微机械薄膜变形镜(OKO37单元和BMC140单元)的结构特征和空间特性,着重对变形镜的影响函数进行了主成分研究,建立了变形镜电压控制模型,并通过调整参数d确定变形镜最优控制模式。最后对Zernike单位模式波前像差和Thibos模式人眼波前像差进行拟合仿真实验,结果表明BMC140单元变形镜对Zernike各阶模式的拟合能力均为OKO37单元变形镜的2倍以上。对RMS均值为0.683λ(λ=0.785μm)的Thibos模式人眼像差,BMC变形镜校正后残余像差RMS值为0.063λ,达到了光学系统的衍射极限(λ/14)。而OKO变形镜由于受相邻电极交连值大、电极分布密度小等因素的影响,其校正能力不及BMC变形镜,残余像差RMS值为0.168λ。本方法也可用于其他种类变形镜的性能评估。

无人直升机自主着舰系统设计及仿真试验

设计了一套包含视觉目标识别单元、目标跟踪器、甲板状态跟踪器和模糊逻辑控制的无人直升机自主着舰系统.视觉系统通过对采集的图像预处理提取出可能的甲板标识区域,然后对此区域计算其仿射不变矩特征集合,对得到的特征集经过模糊识别技术实现对甲板降落区域的识别,并根据矩特征集计算出甲板运动状态信息.目标跟踪器采用了卡尔曼滤波技术,在目标二阶运动方程的基础上设计了跟踪算法.甲板运动状态跟踪器用于在无人直升机的降落期间实现对甲板尤其是触舰瞬间甲板的纵摇、横摇及浮沉状态的预测,该跟踪器采用了改进的卡尔曼多步预测算法.设计了基于模糊逻辑的比例积分控制器,由多个并行的对特定任务实施控制的子控制行为构成.仿真试验结果验证了所提出的算法.在仿真试验中,无人直升机能够正确的识别甲板目标区域,实现了对运动舰船在二维水平面内的跟踪,甲板状态跟踪器能够预测未来1~5个周期内甲板状态,控制器基于目标信息和甲板状态能够正确地引导无人直升机实现安全着舰.

面向近红外合作目标的鲁棒检测与匹配算法

针对无人机视觉着舰相对导航合作目标检测易受环境干扰问题,提出了一种面向近红外合作目标的鲁棒检测与匹配算法。首先,搭建了由850nm的近红外合作目标以及带有850nm滤镜摄像头组成的成像系统;然后,设计了基于几何约束的方法剔除合作目标图像中的异形干扰点,再利用Hu矩排除其中的相似干扰点;最后,利用形状上下文匹配算法解决拍摄图像中合作目标可能存在尺度、角度畸变使得合作目标难以匹配问题。实验结果表明,所提出的方法可以在不同距离、不同光照、不同角度以及环境干扰下,实现合作目标鲁棒检测与匹配。

无人直升机自主着舰的目标定位视觉算法

根据无人直升机自主着舰的任务特点,构造了用于无人直升机自主着舰的视觉系统,选用仿射不变矩作为该视觉系统目标识别的特征和信息提取的手段,仿真实验表明,开发的算法能够在纵摇角小于15°的情况下正确的识别出目标,对目标中心位置的估计偏差在每个坐标轴向小于3个像素,方位角估计偏差小于9°。整套算法的鲁棒性和实时性满足无人直升机自主着舰的需求。

面向无人机高度融合估计的自适应S滤波方法

针对无人机采用单一传感器测量飞行高度不准以及易受干扰的问题,提出了基于自适应S滤波高度信息融合方法。首先针对各种测高传感器获取的原始数据中含有噪声问题,设计出一种自适应S滤波器。它先将信号经过广义S变换,然后统计对应时刻各个频率的能量幅值,根据不同频率在时间集合上的幅值能量总和,保留能量和占总能量97%的频率,经过S逆变换,从而有效剔除信号中的噪声。再对滤波后的数据进行集中式卡尔曼滤波,得到无人机的高度信息。仿真实验表明,经过自适应S滤波器去噪后融合的高度均方根误差是小波去噪后融合结果的26.3%,具有较高的精度。

无人直升机在移动目标上的自主降落

设计了一个视觉系统来实现无人直升降落在移动目标上。基于仿射不变矩、模糊识别,卡尔曼滤波和PI控制技术,直升机能够完成识别、跟踪目标的任务,并能够在目标运动的状态下完成降落。一套软件仿真系统,其中包含无人直升机和一个可移动的平台被用来测试此设计。仿真结果验证了该算法。在仿真中,成功地隔离了直升机的振动对算法的影响,并成功地处理了性能与精确性的矛盾。结果显示算法具有鲁棒性,能够以97%的概率正确的识别目标,并能在目标进行二维平面运动时进行精确的跟踪,跟踪时直升机的航向与目标的运动方向最大误差为22.26°。

基于矢量约束的随机特征点选取算法

无人机利用视觉在未知区域自主着降时,提取的特征点具有数量多、随机性强等特点。针对利用随机特征点进行位姿估计精度低、稳定性差的问题,提出一种基于矢量约束的随机特征点选取算法。首先通过分析位姿估计方程可知,特征点地理坐标是影响方程组求解精度的重要因素;然后在引入矢量角均分度、矢量模值均值及矢量模值最大值三项约束指标基础上,制定了一种基于矢量约束的特征点选取策略;最后利用正交迭代算法对所选取的特征点进行位姿估计精度验证。实验结果表明,提出的算法相比于随机选取的特征点进行相对位姿估计精度更高,鲁棒性更强。

有源功率因数校正技术及控制方式分析

电力电子设备谐波污染问题越来越严重,功率因数校正技术是解决该问题的最有效方法,而有源功率因数校正(APFC)技术因其独特的优势成了该领域的研究重点.介绍了功率因数的定义和校正原理,并根据有源功率因数校正电路说明了APFC的工作原理,重点阐述了APFC技术的各种控制方法及其未来的发展趋势.

空间望远扫描控制系统的电流环设计与仿真

为了获得更好的相机成像品质,提高谱段间的配准精度,光学遥感器望远镜旋转扫描系统需要实现大惯量、高精度的速度平稳性控制。文章针对某海洋水温水色扫描仪中望远镜整体旋转扫描控制系统,为了实现高精度速度平稳性指标,在原速度闭环的基础上,增加了双电流闭环控制器,通过合理设置电流控制器参数来改善速度环的开环特性,将原速度环对象特性由0型系统变为I型系统,提高了控制型别,且增加了速度回路的相角裕度,由原来的-180°相移变为-90°相移,提高了速度环的开环增益,减小了动态误差。仿真结果表明,当系统存在摩擦力矩干扰时,速度波动由0.42%降低为0.067%;当存在脉宽调制电源干扰时,速度波动由0.66%降低为0.067%,降低幅度达一个数量级。文章提出的方法有较强的干扰抑制能力,可为永磁同步力矩电机的高精度速度控制系统设计提供借鉴。

Zernike模式像差共轭组合模型

根据Zernike模式在单位圆的同心孔径圆域内某些模式间具有一定耦合性的结论及对应Zernike模式像差在一定同心光瞳区域内的相互抵消特性,对具有相同角频率不同阶数的Zernike模式建立组合模型,同时根据同心光瞳区域内像差均方根值的降幅比参数给出了同心光瞳直径为4mm时的Zernike模式线性共轭组合模型。最后通过共轭组合模型对光学质量影响的研究发现,共轭模型组合之后能显著提高光学质量。同时也表明Zernike模式组合对光学质量的影响不具备叠加性,而对共轭组合模型表现为补偿关系。

旋转望远镜位置域周期性干扰抑制方法

为了抑制周期性干扰信号对旋转望远镜扫描系统速度平稳性和成像效果的影响,通过建立干扰力矩模型和误差补偿器,对系统进行了干扰补偿控制。首先,通过实验得到周期性干扰信号具有角位置域定周期的特征;其次,通过测量交轴电流Iq建立了一套基于傅里叶理论的干扰力矩模型采集系统,并通过八个步骤提取了干扰力矩模型的具体表达式;然后,依据提取的干扰力矩表达式,分四个步骤对系统周期性误差进行补偿控制;最后,通过实际系统来验证控制补偿的有效性。实验结果表明,望远镜在68(°)/s的转速下运行时,每10 ms角度误差可降低至±5.5″以内,降低幅度30%以上,能够满足成像系统角度误差≤±7″的要求,速度稳定度得到了明显改善。

单周期控制交错APFC的分析与实现

单相有源功率因数校正器(APFC)在单相交流电源供电的大功率变频空调领域中应用前景良好。该文在描述单周期控制PFC原理的基础上,提出了两级交错PFC共用中间电压的单周期控制策略,在理论分析单周期控制在实现均流和均载的原理基础上,进行了全面仿真分析和实验研究。结果表明这种方法具有单周期控制的优点,而且均流、均载效果较好,能够支持较大功率输出。

高精度角位移平台的研制及误差补偿

在拉曼光谱仪中,要求承载分光元件转动的角位移平台在具备较大的转动范围、较高的转角分辨率和转角定位精度的同时还具备较快的转动速度,传统的几种驱动方式很难同时满足上述所有要求。有鉴于此,设计了一种采用力矩电机直接驱动技术的高精度角位移平台。一般控制方法的控制精度在很大程度上依赖于反馈元件的测量精度,为了突破反馈元件测量精度对整个控制精度的影响,采用了一种更为精确的误差补偿校正技术,并搭建了误差测量装置,将测得的绝对转角误差在控制器中通过一定的控制算法加以有效的补偿。最后,对结构设计和误差补偿校正的效果进行了实验检测。结果显示:当测量步距为1°时,双向绝对定位精度优于1.008″;当测量步距为10°时,双向绝对定位精度为0.648″;回转轴系的轴向晃动误差小于±5″。以上结果验证了该角位移平台具有机械精度高、转角分辨率高、定位准确等技术优势,能够满足拉曼光谱仪等相关仪器的使用需求。

液压系统中粒子群优化神经网络权值的控制算法

针对非线性、时变等缺陷导致传统的控制器控制效果较差、不适应电液伺服系统的现象,提出了用于电液伺服控制的基于粒子群优化算法对神经网络的权值进行学习训练的PSO-NN算法。结合电液伺服系统实例分析,用MATLAB仿真得到了输入阶跃信号和正弦信号时,PSO-NN算法的输出曲线以及适应度曲线;为了展示PSO-NN算法的效果,用BP算法仿真了对应输入阶跃信号和正弦信号的输出。仿真结果表明:在电液伺服系统的控制中,PSO-NN算法性能优于BP算法,系统输出具有更好的收敛性和对输入的跟随性,从而证明PSO-NN算法对于电液伺服系统的控制是合适并有效的。

温补晶振的一种实现方法

提出一种数字控制实现晶振温度补偿的方法．利用Matlab7.0对采集的数据进行分析处理，采用多项式拟合和多项式插值建立数学模型，并使用中值滤波法和程序判断滤波法对数据采集进行滤波，消除随机噪声对数据的干扰，以保证数据样本的稳定性．通过样品实例分析可以看出，在靠近非线性工作区的测试数据误差较大，工作电流也较大；在温度传感器的线性区-45～85℃的范围内可以对晶振进行有效补偿，频率的偏差在温度传感器的线性范围内可以控制在晶振频率的10^-7以内。

单相Boost有源功率因数校正器的研究

文章首先介绍整流器 -电容滤波电路中产生的谐波对电网造成的危害 ,分析了该电路的工作方式 ;提出了电路工作在断续方式状态下的谐波计算公式 ;给出了 Boost有源功率因数校正器的控制方案 ;讨论了系统的工作原理以及电感、电容参数的选择 ;