多变量耦合系统——大姿态复合运动三轴平台的建模及仿真

在惯性制导系统中，三轴平台为载体提供了精确的姿态信息，当载体作大姿态复合运动时，三轴平台是一个非线性、时变的多变量耦合系统，其模型十分复杂，建模也非常困难．通过详尽的动力学分析为平台台体推导出完整的运动方程，并对此进行线性化处理，进而根据实际结构建立了系统模型框图，最后，采用面向对象建模技术（ＯＭＴ）对系统进行了计算机仿真．仿真结果表明，大姿态复合运动的平台仍具有较高的姿态控制精度，并验证了将二阶小量忽略的线性处理方法既可以简化模型，又不会影响模型的各项精度．

三轴平台姿态角数字化测试系统

介绍了以双通道旋转变压器和新型数字转换器１４／１２ＸＳＺ为前向道路，用８０３１单片机进行粗精结合，实现平台三维姿态轴角的测全、显示、打印及数据串并通讯的数字化测试系统，文中给出了系统硬件设计和软件流程．

多变量耦合系统——三轴平台的稳定性

提出了用于多变量耦合系统稳定性分析的非解耦方法，该方法不需要增加解耦措施，只需通过方程之间的变换，就可以判别出耦合系统的稳定性．将此法应用到大姿态复合运动三轴耦合平台系统的稳定性分析中，比较分析结果与仿真结果后，证明方法是有效的．通过分析和仿真得到的平台系统稳定临界姿态角为平台尝试大姿态角运动提供了理论依据．

基于ANSYS医用三轴平台直线导轨的模态分析

为了提高激光医疗显微系统的准确性和稳定性,设计了高精度的三轴运动载物平台。直线滚珠导轨是影响三轴载物平台精度的重要部件。应用Pro/E三维绘图软件创建直线滚珠导轨模型,通过有限元分析软件ANSYS对行动态特性进行分析,提取前六阶模态频率和振型。为三轴平台的设计及优化和高精度要求的实现提供的可靠的依据。

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。

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。

基于正余弦耦合的三轴速率平台控制结构优化

针对三轴速率平台进行三自由度的动态摇摆时出现的平台台体线性漂移问题,提出了一种基于正余弦耦合的三轴速率平台稳定回路控制结构优化方法。当三轴平台进行三自由度摇摆运动时,由于框架间角运动激励的物理耦合和角运动解耦激励的数学耦合,平台台体会产生动态漂移。首先建立三轴平台的角运动输出模型,再根据传递特性将平台基座上的角运动代入到台体伺服控制回路中得到交叉耦合误差项。其次,对比三轴速率陀螺平台和三轴位置陀螺平台在稳定回路控制结构上的异同,分析动态摇摆条件下造成平台台体出现正余弦耦合误差和台体大漂移率误差的形成机理,根据误差源进一步对三轴速率平台的稳定回路控制结构进行了设计优化。最后通过仿真和三自由度转台摇摆试验可见,摇摆过程中不再出现框架角的较大线性漂移,验证了稳定回路结构优化的正确性。

三轴跟踪平台算法研究

为研究三轴跟踪平台的过顶问题,讨论了退化α型跟踪算法,提出了完全退化型算法和三步跟踪算法,并从理论上证明了所给出的算法可以解决过顶问题。对距离地球表面大约2000km星体,应用完全退化型算法进行计算机观测仿真,计算数据表明,运用完全退化型算法可以使三轴的转动角速度控制在0.56((°)s)以内。随后将三步跟踪算法应用到三轴自动跟踪平台试验,试验表明三步跟踪算法可以解决过顶跟踪问题。

三轴稳定跟踪平台建模分析

三轴稳定跟踪平台是光电稳定平台的重要组成部分,它利用三轴框架结构消除扰动,实现稳定跟踪。通过将偏转角速率从平台坐标系转换到视线坐标系,可以得到偏转和扰动在光轴上产生角速率的关系式,从而建立三轴稳定跟踪平台模型。实验证明,建立的虚拟样机模型能够准确地对导引系统跟踪精度进行评估,具有很高的实用价值。

基于COSMOSWorks的三轴稳定平台框架的优化设计

基于COSMOSWorks有限元分析模块,对三轴稳定平台的内框进行了静力和模态分析,并以内框的转动惯量为目标函数,以内框的尺寸、应力以及一阶固有频率为约束条件,建立了内框的优化数学模型,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。

机载三轴稳定平台跟踪方法研究与仿真

机载二轴平台在跟踪目标时,方位角误差随着俯仰角的增大而不断变大。在天顶区域已经无法满足跟踪要求,为了解决二轴平台天顶跟踪盲区问题,建立了三轴平台的数学模型,通过坐标变换方法推导出空间位置矢量间的对应关系,提出了解决过顶问题的分段跟踪方法,对于在距地面5km的高度以150km/h的速度匀速飞行的无人机搭载的三轴平台,用分段跟踪方法在Matlab软件的simulink模块中进行计算与仿真分析,计算结果表明,所提出的方法中,平台的最大转动角速度为4.82°/s,远小于实际平台能达到的最大角速度20°/s,将分段跟踪方法应用于实际的三轴平台,平台的最大角速度为16.87°/s,实验表明该方法可以有效跟踪过顶目标。

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。

一种三轴伺服平台运动控制研究

对用于监控的三轴伺服平台的运动进行了研究,提出了伺服平台运动控制策略,并根据控制策略建立了硬件电路和编制了软件程序,通过现场调试,该控制系统控制精度达到±0.3°,响应时间快,能够满足实际需要,为进一步的研究打下坚实基础.

基于Pro/E和ADAMS的三轴联动平台设计与运动学仿真

Pro/E和ADAMS是当前国内外使用最广泛的CAD/CAE软件。利用三维设计软件Pro/E对所设计的三轴联动平台机构建立实体模型,进行运动学分析,建立运动学数学模型,并将Pro/E下的模型导入到ADAMS中进行运动学仿真。结果表明,使用Pro/E和ADAMS进行联合仿真,操作过程简单明了,求解方便,获得的有关运动学曲线,为实际样机的制造、调试和控制提供了必要的理论依据。

航空遥感用三轴惯性稳定平台不平衡力矩前馈补偿方法

航空遥感用三轴惯性稳定平台用于稳定成像载荷,获取高分辨的遥感数据。但是由于稳定平台承载大且存在质量偏心,在载机加速度的作用下平台产生幅值较大的不平衡力矩,导致平台的稳定精度下降和相机成像质量退化。为了有效抑制不平衡力矩产生的影响,提高平台的稳定精度,提出了一种基于不平衡力矩观测器的惯性稳定平台不平衡力矩前馈补偿方法。首先设计一种不平衡力矩观测器,实时估计出平台的不平衡力矩;然后通过前馈补偿的方法抑制不平衡力矩的作用,从而达到提高平台的稳定精度的目的。仿真结果显示,平台的稳定精度得到大幅度提高,基于不平衡力矩观测器的惯性稳定平台不平衡力矩前馈补偿方法有显著补偿效果。

基于PMI的三轴惯性稳定平台干扰力矩补偿方法研究

针对未知干扰力矩严重影响航空遥感三轴惯性稳定平台稳定精度这一问题,对平台未知干扰力矩进行估计与补偿。将干扰力矩视为一类执行器故障,给出了一种比例多重积分(PMI)观测器设计方法,利用PMI观测器实时估计出未知干扰力矩,通过前馈控制器进行补偿。最后对传统PID控制和基于PMI观测器的前馈补偿控制分别进行了仿真分析和实验对比。结果表明:与传统PID控制相比该方法有效地抑制了干扰力矩的影响,提高了平台的动态特性和稳态性能,能更好的满足航空遥感对地观测的重大需求。

航空遥感三轴惯性稳定平台双速度环控制

航空遥感三轴惯性稳定平台用于稳定成像载荷,获取高分辨率的遥感数据。针对惯性稳定平台视轴稳定控制中单速度环对干扰力矩抑制的不足,提出采用以编码器进行数字测速构成速度内环、利用速率陀螺构成速度外环的双速度环复合控制方案,将稳定回路抗内部干扰功能和隔离外界干扰功能分开设计实现,以提高系统稳定精度。分别对单速度环和双速度环对扰动的抑制能力进行了理论分析和对比,并在理论分析基础上,对单速度环和双速度环的扰动抑制能力进行了Matlab仿真分析和实验验证。结果表明:与单速度环相比,双速度环可明显减小质量偏心、摩擦等主要内部干扰以及外部基座低频扰动造成的稳态误差,静基座摇摆伺服稳定角速度RMS值减小了52.3%,静基座调平姿态精度RMS值减小了22.1%,动基座调平姿态精度RMS值减小了37.4%。

基于STM32单片机的三轴实验平台设计

为改善机电一体化技术课程的实践教学效果,设计了一种基于STM32单片机的三轴实验平台。该实验平台由机械本体、STM32控制系统和VB上位机操作软件组成。搭建了该实验平台的机械本体结构,完成了实验平台控制系统的硬件设计和软件设计(包括手动控制模式软件和自动插补模式软件等设计),并进行了运动功能实验。所设计的三轴实验平台能够在有效工作范围内实现圆弧和直线插补,实现了设计要求。

基于PID的航空遥感三轴惯性稳定平台控制系统设计

介绍了一种基于PID(Proportion integration differentiation)的航空遥感三轴惯性稳定平台控制系统的设计,并进行了相关试验研究。首先采用了一种基于DSP的三环复合控制方案,然后通过考虑控制系统的超调量、调节时间、阻尼性等各项指标,逐次对三环控制器进行设计,得到了合适的PID参数。通过车载试验,对平台的稳态精度、动态响应能力进行了验证。

低空遥感小型三轴陀螺稳定平台的设计与实现

按照测绘领域专用、性价匹配的思想,设计并实现了一套低成本的低空遥感小型三轴陀螺稳定平台。该系统以自主设计的三轴铝制云台为平台,以微电子机械三轴角速率陀螺、线加速度计和磁阻传感器为基础,配置ARM CortexTM-M3 32位核心微处理器,以数字钛合金舵机为驱动输出,具有体积小、精度高、成本低、自主稳定与罗差自检校等特点。实验表明,稳定平台的航向角测量精度可达1°,俯仰角和横滚角可达0.1°,机械控制精度优于0.1°,驱动响应时间小于20ms,可以满足小区域大比例尺地形图立体测绘对稳定平台的要求。