滚仰式光电吊舱地理导引实现与误差分析

为了提升地理导引精度和成功率,根据滚仰式光电吊舱的结构特点,通过建立坐标系统、目标坐标求解和框架角解算三个步骤,完整构建了地理导引的数学模型,并在此基础上引入了速度前馈和小区域搜索模式。同时,对受惯导测量误差和目标距离影响的框架角解算误差进行了数据仿真。结果表明:经纬误差和航向角误差对俯仰角的解算误差影响较大;而高程误差和水平姿态角误差则对横滚角的解算误差影响较大。提升惯导的定位精度,可进一步减小框架角解算误差,从而提升地理导引精度,而当航向角<0.1°,水平姿态角<0.05°时,姿态角误差的影响权重会变小,再通过减小姿态角误差提升导引精度的作用已不明显。随着目标距离的增大,框架角解算误差会急剧减小。最后进行了导引试验,其俯仰、横滚角均方差均小于0.12°,表明了算法的准确性和仿真分析的有效性。

小型无人机载横滚-俯仰结构光电载荷前向对地扫描技术研究

针对小型无人机平台光电载荷的挂载方式以及应用需求,提出了基于横滚-俯仰结构光电载荷实现前向对地宽区域扫描的技术方案。构建了扫描状态数学模型,提出了光电载荷依据平台参数实现扫描幅宽最大化的控制参数寻优方法,通过算例数据分析了寻优方法的合理性,并测试了寻优方法的实时性特点;采用仿真方法和挂飞方法测试了光电载荷前向对地宽区域扫描的技术状态。测试结果表明:扫描控制参数寻优方法得到的参数是最优的,在目标嵌入式平台上运行耗时少于40 ms,具备在线实时优化能力;所提扫描方法在一定平台扰动下仍可以较好地实现前向对地连续覆盖,扫描中视场重叠率是动态变化的,越靠近扫描边缘区域相邻视场的重叠范围越小;扫描范围应选取横向两端扫描控制点间所夹区域,避免扫描边缘区域因重叠率过小而产生漏扫现象。

滚仰式光电吊舱对地目标的平移运动补偿

由于挂载于某无人飞行平台上的滚仰式光电吊舱具有极大的速高比,因此在对地观测时,会在光电传感器的曝光时间内产生较大像移,使图像变得模糊不清,从而影响成像质量;同时,快速刷新的视频场景使操作手很难发现感兴趣的目标,也给跟踪捕获带来困难。针对此情况,本文提出利用惯导及光电吊舱信息求取相对目标运动的角速度,并通过设备的反向运动补偿来消除载体平移运动的不利影响。同时,本文还给出了补偿的应用条件限制及误差分析,并就目标距离、补偿角速度与观测角度、飞行高度的关系进行了仿真,接着对惯导测量误差及框架角误差对补偿角速度误差的影响进行了仿真分析。经过实际的挂飞试验验证表明:在不考虑光电吊舱运动范围受限情况下,光电视轴可长时间持续稳定地指向任一目标区域,输出清晰稳定的图像而不受载体平移运动的影响,从而给操作手的观测及操作带来极大便利。

滚仰式导引头斜置方案下的过顶奇异问题控制策略

在末制导阶段,由于制导目标位于弹体纵轴附近,滚仰式结构的导引头易出现奇异性问题而难以精确跟踪目标。针对上述问题,提出基于斜置方案的滚仰式导引头过顶奇异问题控制策略。在导引头稳定平台相对弹体斜置边界俯仰框架角的基础上,通过控制弹体的滚转运动,保证导引头光轴始终避开过顶奇异区域,实现目标位于弹体纵轴附近和斜置导引头初始光轴附近两个过顶奇异区域的稳定跟踪。研究结果表明:所提策略相比于增设第三轴的方法,导引头体积小、质量轻;相比于分区域变参数控制策略,解决了静止和减速控制时过顶奇异区域内导引头对视线角速度跟踪失效的问题;仿真对比结果验证了所提策略具有跟踪精确度高、有效抑制控制系统失稳、降低探测器失调角的特点。

滚仰式导引头跟踪策略研究

为了简化滚转-俯仰式导引头的跟踪过程,提出并通过实验证明了一种应用于此结构的跟踪方案。通过分析滚-仰式导引头的工作原理及特性,提出基于解像旋机理跟踪目标的新方法,以简单、有效地应用于工程实际。与传统坐标转换法不同,新方法的精度受到光轴等机械误差的影响更小,容错率更高,适用性、实时性更强,且可以同时通过角速率陀螺数据作为反馈进行任意方向的扰动补偿。根据陀螺安装方式的不同,通过推导导引头稳定平台状态及导引头与弹体间的相对运动关系得到稳定公式,完成控制系统的设计。通过半实物仿真进行实验验证,静态跟踪实验结果证明了新的跟踪方法具有可实用性。在动态跟踪实验中分别使用传统坐标转换法和新提出的解像旋法进行跟踪。动态实验结果表明:解像旋法在存在载体扰动情况下仍然适用;相比传统坐标转换法,解像旋法较大幅度地提高了跟踪精度,x轴跟踪误差RMSE值减小了79.10%,y轴减小了90.04%。

基于车辆-货物耦合作用的运输系统响应分析

车辆运输是物流运输的重要组成部分,研究车辆运输过程中的货物响应对运输包装设计有着重要意义。考虑货物与车辆底板的耦合作用,建立十一自由度车辆-货物耦合模型,对比三向响应之间的关系,研究不同公路等级及货物相关结构参数(载荷量、刚度、阻尼)对系统响应的影响。结果表明:车辆货物耦合作用显著影响系统响应;运输中转动造成的影响不可忽略;载货量减小、刚度增大、阻尼减小,货物的振动响应随之增加;路况越差,货物及底板的振动响应越大。

复杂载荷下舰炮后坐试验台架结构优化

后坐试验台架是舰炮后坐试验系统的支撑结构,其刚强度会直接影响测试准确性和试验安全性。为了进一步提高台架的刚强度,开展了正常工作与摇摆载荷复合作用下的结构优化研究。通过动力学分析模型的建立,获得后坐与复进运动过程的载荷变化规律,采用有限元分析得到受最大载荷时的应力与变形,对试验台架的厚度参数进行了灵敏度分析和试验设计,根据Kriging模型建立了关键板梁厚度同最大应力和变形的响应曲面,结合多目标优化法预测最优参数方案并验证了优化效果。结果表明:台架上横梁2与复进机前承座底部易发生损坏;调整上横梁2、上斜肋板及上纵板的厚度可有效提高台架刚强度。

桨叶分段线性扭转对降低旋翼振动载荷的作用分析

研究了用桨叶分段线性扭转来降低旋翼振动载荷。使用基于弹性梁的旋翼模型用于预测旋翼振动载荷。采用4片桨叶旋翼作为基准旋翼,桨叶形状与UH-60直升机桨叶相似。桨叶被划分为内、中、外3段,讨论了各段扭转对载荷的影响。低速时桨叶每一段的扭转都能减少桨毂四阶垂向力。当以80 km/h前飞时,中段-24°/R的扭转可使其降低99.5%。桨叶内段的扭转不利于降低桨毂四阶滚转和俯仰力矩,另外两段的扭转则可以在大多数前飞速度时控制这2个振动力矩。使用参数扫描以尽可能降低旋翼振动载荷。降低四阶垂向力方面,低速时桨叶所有段都需要扭转,而高速时未扭转的桨叶表现更好。降低四阶滚转和俯仰力矩方面,在低速时需要桨叶外段高度扭转,而在中高速时则需要桨叶中段的扭转。

内波观测浮标水动力性能分析与实验研究

内波观测浮标的横摇和纵摇是影响海流观测设备声学多普勒流速剖面仪(ADCP)观测有效性的重要参数。针对所设计的浮标,采用AQWA软件,分析比较了在不同外界载荷下,浮标的横摇和纵摇变化情况。结果表明:在1 m浪高的规律波浪下,周期为4~16 s时,浮标的横摇和纵摇角度均满足仪器有效观测的要求,周期为1~3 s时,浮标会产生较大的横摇和纵摇角度;在不规律波浪下,当波浪高度小于4 m时,浮标运动的有义值都满足要求,当波浪高度大于等于5 m时,浮标的横摇或纵摇角度会超过20°。在南海进行的内波观测实验表明,横摇和纵摇角度均满足有效观测的要求,证明模拟是准确的。

基于双电机主动横向稳定杆的车辆位姿联合控制研究

针对集成双电机主动横向稳定杆车辆的车身姿态控制方法进行研究。首先建立了双电机主动横向稳定杆动力学模型以及包含侧倾、横向、横摆、俯仰、悬架垂向位移的车辆8自由度模型,其次针对复杂工况下控制算法参数难整定问题,提出了基于悬架高度信号、路面坡度信号等车辆状态信息的实际俯仰角估计方法、理想俯仰角标定方法以及俯仰工况辨识方法,以双电机主动横向稳定杆为作动器设计了基于PID控制算法的俯仰子控制算法和侧倾子控制算法,采用遗传算法对各子控制算法参数进行整定,最后结合位姿控制矩阵设计了车辆位姿联合控制算法并进行试验验证。MATLAB/Simulink、CarSimRT与华海控制器进行的控制器算法在环测试结果表明,在不同复杂工况下搭载双电机主动横向稳定杆车辆的侧倾角、侧倾角速度以及俯仰角的改善幅度均在10%以上,证明了该控制算法的可行性及普适性。

基于多层窄带局部峰值因子的变桨轴承故障特征提取

针对风力发电机变桨轴承往复运转的行程短,转速低,故障信息微弱,故障诊断困难的问题,提出了一种基于多层窄带局部峰值因子的变桨轴承故障特征提取方法。首先,使用编码器零位信号对原始信号进行分割重构,去除往复换向过程中非平稳信号和冲击的影响;然后,构建多层窄带滤波器组,设计并使用谐波局部峰值因子代替传统的谱峭度作为滤波频带的评估指标,进行滤波频带的优化选择;最后,基于选取的最优滤波频带对重构信号进行带通滤波和解调,基于平方包络谱的峰值频率及其幅值提取故障特征。设计了一种非整周往复运转轴承故障模拟试验台,用于变桨轴承故障信号的模拟和多层窄带局部峰值因子方法验证,结果表明,在基于谱峭度的滤波频带选取方法无效的情况下,多层窄带局部峰值因子方法可以有效提取变桨轴承振动信号中的故障特征。

基于真实海况的复合摇摆测试系统研发

针对海洋仪器复合摇摆测试采用不同自由度摇摆试验严酷等级加权进行,与真实环境有一定差距的问题。文中在现有六自由度摇摆台基础上,研制船舶姿态采集单元,获取船舶姿态的连续记录数据;根据船舶姿态数据特征,以VB.NET为程序设计语言,选用Microsoft Access数据库,开发复合摇摆测试系统,用于存储船舶姿态信息,并根据用户需求获取相应船舶姿态的运动谱,通过六自由度摇摆台复现船舶运动。实例证明该方法更为合理可行。

大型飞机货舱地板下部结构吸能特性研究

为了研究大型客机货舱地板下部结构吸能特性,在已开展的3框两跨货舱地板下部结构落重冲击试验基础上,建立了结构的细节有限元模型,开展了坠撞动力学仿真分析。与试验结果对比分析了货舱地板下部结构的变形模式、关键点位移及落重速度变化情况等,并得到了各部件能量吸收情况。研究结果表明:货舱地板下部结构有限元模型总体刚度与试验件基本相同,验证了有限元模型和材料模型的准确性。建立了货舱地板下部结构垂直坠撞工况模型,验证了货舱地板下部结构垂直坠撞与落重冲击工况的等效性。同时建立货舱地板下部结构垂直坠撞俯仰(3°,5°,7°和9°)与滚转(3°,5°,7°和9°)模型,通过变形模式及吸能分析对比,进行了俯仰、滚转对货舱地板下部结构适坠性的影响分析。结果显示,货舱地板下部结构俯仰及滚转对框组件、立柱及横梁变形和吸能有较大的影响。货舱地板下部结构适坠性研究可以为客舱地板下部结构适坠性设计和分析研究提供技术支持。

螺栓预紧力对风力发电机组变桨轴承强度影响的研究

变桨轴承是风力发电机组的核心传动部件,为研究螺栓预紧力对其强度的影响,以某型风力发电机组三排滚柱回转支承为研究对象,通过有限元方法建立“轮毂-轴承-叶片”模型,利用梁单元模拟螺栓并施加预紧力,非线性弹簧单元模拟实体滚子,进行变桨轴承静力学仿真计算。对比不同螺栓预紧力下极限工况对三排滚柱回转支承套圈应力、位移、滚动体接触载荷分布规律的影响及螺栓自身强度。结果表明,减小螺栓预紧力时,轴承套圈油槽位置应力减小,滚动体接触载荷减小,套圈位移增大。考虑到轮毂侧的滚动体承载略大于叶片侧,实际装配过程中可适当增大内圈螺栓预紧力。

滚俯仰式红外导引头稳定平台控制与仿真

滚俯仰式红外导引头具有体积小、质量轻、视场大的特点,适应于现代红外导引头发展的需要。论述了滚俯仰式红外导引头的控制原理和伺服系统的组成,针对滚转、俯仰框架进行了系统建模,对稳定、跟踪、锁定回路进行了仿真,同时对滚转、俯仰框架进行了隔离度仿真测试,结果表明,设计良好的滚俯仰式红外导引头具有较低的稳态误差和较好的动态性能,及良好的抗干扰性能,满足系统要求。

船舶在波浪中运动的六自由度非线性耦合方程

基于刚体运动学理论 ,将船舶在波浪中的运动分解为平动和绕质心的转动 ,在分析了船舶受力情况的基础上 ,运用质点系相对于质心的动量矩定理和 Newton第二运动定律建立了船舶的六自由度运动的非线性耦合方程 .在建立方程的过程中 ,考虑到流体对船舶的影响 ,引入了附加质量和附加惯性矩 .最后利用该方程推导出了常用的船舶运动数学模型 .

横向稳定杆对整车侧倾及纵倾特性的影响

基于Adams/car建立了某微型轿车的刚柔耦合虚拟样机模型,调整横向稳定杆的结构参数和安装位置并进行前轮跳动仿真。仿真结果表明:当横向稳定杆的结构参数和安装位置改变时,会对整车的侧倾及纵倾性能产生不同程度的影响,主要体现在悬架侧倾角刚度和抗制动点头率的变化。进行了横向稳定杆的动态应变试验,通过试验与仿真结果的对比,表明刚柔耦合虚拟样机模型仿真能够准确预测横向稳定杆在各个工况下的动态应变特性,从而有效预测整车的侧倾及纵倾特性。

晃动对FLNG排管式液体分布器性能的影响

随着海洋油气开发的推进,填料塔被广泛应用于海上浮式液化天然气设备(FLNG),对天然气进行预处理。填料塔的重要元器件为液体分布器,其设计的好坏直接影响到填料性能和全塔效率的发挥。排管式液体分布器因其驱动力为液体压力,能更好地适应海上晃动。为了研究海上晃动对其液体分布性能的影响,使用可以实现横摇、纵摇、艏摇、横荡、纵荡、垂荡6种单一自由度晃动的六自由度晃动平台,对排管式液体分布器进行静止、不同晃动形式和不同晃动幅度工况下的实验研究,测量各种工况下各孔口的出口流量,分析各种晃动形式和晃动幅度对其液体分布性能的影响效果。结果表明:①6种单一晃动形式中,横摇、纵摇对排管武液体分布器的孔口流量分布影响较大,横摇5°和纵摇5°使其整体不均匀度(M_o)值分别增大了35%和15%,其余晃动形式对其性能影响较小;②随着晃动幅度的增大,排管式液体分布器的液体分布性能变差,横摇8°比横摇5°的M_o值增大30%,纵摇8°比纵摇5°的M_o值增大20%左右,艏摇运动下的M_o值变化不明显。该研究成果,为排管式液体分布器在海上的应用及优化提供了技术支持。

滚-仰式导引头跟踪原理

研究适用于近距格斗空空导弹的滚-仰式导引头跟踪原理。根据导引头探测器上目标的位置信息,导引头稳定平台状态及导引头与弹体间的相对运动关系,导出了导引头跟踪框架角误差信号的数学模型,以实现导引头的闭环控制。然后结合导引头的控制特点,完成了导引头控制系统的设计。结合工程实际应用,研究了导引头跟踪框架角误差简化公式的适用性,研究表明,简化公式和精确公式给控制系统性能带来的主要差别在于由简化公式得到的俯仰通道控制系统较精确公式得到的俯仰通道控制系统稍慢。其造成的影响可以通过俯仰通道与滚转通道带宽比的优化设计来补偿。分析表明,实际应用中可以采用简化公式求导引头跟踪框架角增量,实现导引头的闭环控制。

滚仰式导引头跟踪回路角增量优化

提出了一种角增量的生成及优化方法,用于解决滚仰式导引头跟踪回路角增量指令的提取问题。介绍了一种滚仰式导引头结构组成及其工作原理;根据脱靶量信息和探测器焦距给出了滚转和俯仰框架的位置回路角增量;将角增量标定为以两框架零位为起点的绝对角位置指令,其中,俯仰框的角位置指令标定区为[0,π/2],滚转框的角位置指令标定区为[0,2π)。依据减小滚转框角增量的原则,将导引头滚转框的当前框架角在[0,2π)内均分成4个象限,在不同的当前框架角范围内给出了相应的角增量优化策略。最后,设计了角增量优化指令的半实物实验以验证方法的可行性。实验结果表明:文中提出的指令提取和优化方法可以实现对目标的跟踪,跟踪误差为0.149 4°。