面向组合光学跟踪测量的多位姿耦合中转标定

全局定位跟踪与终端测量组合的测量系统,是大尺寸工件整体测量的有效解决方案。然而,组合测量系统中,终端测量坐标系到定位靶标坐标系的中转变换是影响全局测量精度的关键因素。针对现有的公共特征点进行中转位姿标定的方法存在的站位制约问题,提出了一种多位姿耦合中转标定求解方法。该方法弱化了全局测量系统与特征点位置摆放要求,利用中转位姿与多个靶标位姿耦合的形式构建方程组进行求解,在此基础上进一步提出了一种多位姿多点耦合中转标定法,将多个局部特征点同时与位姿进行耦合求解,以提高中转位姿解的稳定性,并减少中转标定误差。最后,通过设计中转标定实验和组合测量精度验证实验。比较两种方法得出,多位姿多点耦合中转标定方法的位姿求解结果更加稳定,平均测量误差减少10.13%,验证了该方法的稳定性与有效性。

空间翻滚目标位姿耦合建模与运动特性分析

空间失效航天器与空间碎片与正常运行的航天器发生碰撞会产生严重的后果,其不能提供自身的姿轨信息,可能会有翻滚等复杂运动状态,使空间操作的安全性受到威胁。以空间翻滚目标为研究对象,由相关任务带来的目标识别以及运动估计问题,引入了位姿耦合建模方法,推导了空间翻滚目标位姿耦合形式的对偶牛顿——欧拉方程,对翻滚目标的耦合性、运动特征进行分析,并以在轨翻滚目标为例仿真归纳了各类翻滚目标的主要运动形式。根据分析,空间翻滚目标的姿态运动可分为3类,并且根据其运动特征可以反推其质量特性,这对空间目标运动的识别与参数估计拥有重要参考意义。

考虑执行器最优分配的空间站舱内机器人位姿耦合控制

针对空间站舱内机器人考虑执行器最优分配的位姿耦合控制问题,研究了基于风扇驱动的最优布局方式与执行器最优分配算法。首先,基于对偶四元数建立舱内机器人与空间站的相对位置与姿态耦合动力学模型。然后,优选出一组具有均衡控制能力的最优布局方案,并建立了相应的执行器模型。在此基础上,设计了考虑执行器最优分配的位姿耦合控制器,并通过Lyapunov稳定性理论给出了系统渐近稳定的数学证明,其中执行器采用罚函数法对实际的物理模型进行力和力矩的分配优化。最后,通过仿真对比发现考虑执行器最优分配位姿耦合控制器可明显降低舱内机器人的控制能耗,验证了该方法的有效性。

基于位姿耦合及激光测距的飞机运行轨迹规划

传统轨迹规划方法实时性差、计算量大且容易出现局部最优现象,针对上述问题,在位姿耦合及激光测距基础上规划飞机运行轨迹。通过对偶数和旋量概念定义飞机刚体的对偶性算子,建立目标位姿耦合动力学模型,改进姿轨耦合控制器,提高轨迹规划精度;分析相位激光测距原理,获得测距方程;构建飞机与发动机数学模型,确立目标函数,将发动机推力、飞机迎角与平飞速度作为约束条件,确定目标点之间最佳访问顺序,通过SQP寻优方法,完成飞机运行轨迹规划。仿真实验证明,所提方法能够减少计算量,缩短运行路径,有效降低单位航程的燃油消耗,满足实时性要求,可以根据不同飞机飞行条件规划出最优轨迹。