基于Unity3D的草坪毯修补机器人半物理仿真系统

机电一体化纺织机械的研发普遍存在现场调试工作量大、周期长及成本高等问题,针对目前主流仿真软件存在的三维展示效果差,或实时性不足,或无法连接机械电子软件进行综合仿真等缺点,研究设计了一套半物理仿真系统。基于Unity3D虚拟现实引擎搭建了仿真平台,以仿真电路板为载体,实现了虚拟机械与控制系统间数据的实时交互;以草坪毯自动修补机器人为仿真对象,证明该半物理仿真系统具有较好的实时性及三维展示效果;通过输出修补机器人关键结构的运动时序图、空间轨迹图,验证了修补机器人机电系统的工艺仿真可行性,可替代部分现场调试工作,减少工作量、缩短研发周期、节约成本,提高设备的研发效率。

机器人视觉伺服控制半物理仿真系统的研制

为了模拟机器人在自由运动的工作状态,验证实际物理手眼视觉伺服控制算法的效果,在4台PC机的基础上,用三维图形库OpenGL开发了仿真应用软件,组建了机器人视觉伺服控制半物理仿真系统。该仿真系统利用计算机三维图形学、机器人运动学和动力学、视觉测量以及视觉伺服控制等技术,成功仿真了在空间自由运动状态中,机器人对目标物体的捕获。

半物理仿真系统中定时及数据通信研究

半物理仿真系统的建立要求实物部件能够在指定的时刻发送和接收信息 ,并与模型计算单元进行数据通信 ,因此定时的准确性和数据通信速度关系到系统的稳定性和精度。本研究针对常用的Windows操作系统 ,分析了定时和数据通信存在的主要问题并对其实现方法进行了研究 ,从而为分布式系统中的定时问题提供一种实用、精确的方法。

多模式混合推进悬停控制与半物理仿真系统

随着空间任务复杂度的提高,相对运动控制地面验证系统的设计难度日益增加,尤其对于地球静止轨道卫星,相对运动构型涉及伴飞、绕飞、悬停等各种形式。针对静止轨道卫星悬停控制的新需求,基于相对轨道参数描述方法,采用半长轴差和偏心率差两个参数对面内“水滴”悬停构型的形成进行了深入研究,提出了一种多模式混合推进模式下的面内悬停两参数设计方法,并设计了一套通用的空间运动仿真验证系统,位置精度达毫米量级。对该构型的制导控制律进行了半物理验证,半实物仿真位置估计误差约为20 m(3σ),结果表明制导控制律正确,所提出的验证方法可推广应用于其它相对运动控制技术的地面验证。

UAV组合导航半物理仿真系统设计与研究

为了验证GNSS/MLS/VNS/INS/RA构成的UAV五组合导航系统的航电综合、导航解算算法以及飞行控制律性能,设计了集机载导航传感器实物、物理效应器、飞行仿真系统、无人机地面站模拟系统、试验总控评估系统、视景与展示系统等的UAV导航与控制半物理仿真试验系统平台。平台能够考核组合导航系统的性能和功能。

机械臂柔性对接半物理仿真系统特性分析

机械臂为数学模型的机械臂对接半物理(HIL)仿真系统会因为对接机构的高接触刚度导致系统不稳定,为准确模拟对接过程,提出将机械臂等效为六维弹簧机构实物来模拟机械臂的对接过程,并对该HIL系统特性进行分析.用根轨迹法对比分析机械臂为数学模型和六维弹簧机构实物的HIL系统参数对稳定性的影响;应用-20dB/dec段穿越理论得到系统具有良好特性时的参数配置关系,利用稳定判据得到HIL仿真系统的稳定条件,采用3D根轨迹法和仿真分析得到系统对接动力学频率模拟能力,分析了提出的HIL仿真系统的稳定性和复现精度.实验结果表明:在对接机构接触刚度较高时,机械臂为数学模型的HIL仿真系统不稳定,而机械臂为实物的HIL仿真系统保持稳定;仿真分析结果与实验结果吻合,说明了机械臂由数学模型变为六维弹簧机构实物对改善系统特性的有效性,以及提出的HIL仿真系统分析结论的正确性.

卫星半物理仿真系统实时接口研究与实现

本文介绍了卫星半物理仿真系统的组成及实时接口方案设计，给出了其硬件设计技术及软件设计技术，提出了采用以太网将各种数据采集计算机及数据处理计算机联在一起的设计方案，并进行了可靠性分析。

弱碰撞半物理仿真系统的机构设计与实验

弱碰撞半物理仿真（或称半实物模拟）系统是空间试验关键技术之一，也是我国探月工程的必要试验装置，其核心由运动模拟器组成。为了真实模拟空间中的碰撞，运动模拟器需要具有高刚度、大承载、高精度、高动态响应等特性，而弱碰撞对接的特殊性又对高频响、工作空间、各向同性有更为严格的要求。目前的运动模拟器在动态响应、工作空间及各向同性等方面都无法满足弱碰撞测试的需求。针对现有技术的不足，本文设计了一种全新的高性能运动模拟器，进行了从机构构型、尺度设计、结构设计直至驱动系统设计的一体化设计，并对系统精度进行了标定，具体内容如下。

TSC型动态无功补偿半物理仿真系统设计

针对在研究冲击性负荷的无功补偿策略时面临的实验条件苛刻、成本高、危险性大等问题,提出了一种基于QuaRC平台和DSP控制器的TSC型动态无功补偿半物理仿真系统。根据典型冲击性负荷——点焊机的实际工况,在仿真环境中建立了实验对象,选取了一种无功补偿策略并在DSP控制器中实现。仿真结果符合实际情况,验证了本系统设计方案的合理性。

雷达半物理仿真系统中的目标角度跟踪

雷达半物理仿真系统对雷达性能研究具有重要作用。在雷达半物理仿真系统中,用数字方法实现了角度跟踪。将雷达接收到的信号转换成数字信号,根据等信号法的振幅和差法,结合相位法,对数据进行分析和处理,模拟雷达的搜索跟踪过程。结果证明,用该方法实现角度跟踪满足精度要求。

一种飞艇半物理仿真系统ARINC429驱动的设计与实现

为了满足飞艇实际飞行过程对通信可靠性和实时性的需求,半物理仿真系统的飞艇模型计算机采用以PC为平台的Xpc嵌入式实时系统,飞控计算机采用以PowerPC为平台的VxWork嵌入式实时系统,通过ARINC429协议完成数据通讯;硬件上,PowerPC通过桥接芯片访问并控制PCI设备;软件上,按照Xpc系统和vxWork系统PCI设备驱动程序的编写流程,分析了xPC内存驱动框架和vxBus驱动框架关键技术点,设计了飞艇模型计算机Xpc和飞控计算机Vxwork的ARINC429通讯卡驱动程序;通过实际的应用,证实所开发的ARINC429驱动程序满足飞艇半物理仿真平台数据通讯的可靠性和实时性。

弱碰撞半物理仿真系统的机构设计与实验

弱碰撞半物理仿真（或称半实物模拟）系统是空间跌验关键技术之，也是我国探月工程的必要试验装置，其核心由运动模拟器组成。为了真实模拟空间中的碰撞，运动模拟器需要具有高刚度、大承载、

小型涡扇发动机燃油控制半物理仿真试验系统

为了对发动机控制系统进行考核,建立了某小型涡扇发动机燃油泵调节器及数字式电子控制器(ECU)的实验室工作环境,可模拟发动机在高温、低温和正压、负压环境下的控制系统特性。通过422总线技术和虚拟仪器技术,将运行于计算机上的基于辨识的数学模型、数字电子控制器和燃油泵调节器等连接,组建了某小型涡扇发动机燃油综合控制半物理仿真试验系统。对该涡扇发动机的试验结果表明:该半物理仿真试验系统能够有效地模拟该型发动机各个工况下的稳态和动态控制过程,为该型号燃油泵调节器和数字电子控制器的研制提供了试验支持。

卫星通信数传半物理仿真试验平台的构建与应用

提出了卫星通信数传半物理仿真试验方法,介绍了卫星通信数传半物理仿真系统平台的功能及设计原理。提出的卫星通信数传半物理仿真试验平台通过对仪器设备的控制来模拟卫星通信时不同工况的数传信号,将基于结构相似度的图像评价方法应用于数传质量评估中,实现系统信道数据传输质量的量化分析。在EMC实验室中,系统成功实现了数传链路的仿真试验,试验中的传输数据使用真实的卫星遥感图像,并采用与卫星上相同的数据处理方法,运行相同的星上协议。经试验验证,所提出的卫星通信数传半物理仿真试验方法能够有效建立数传链路各项参数与数据传输质量的模型,对影响数传能力的因素进行地面研究,并为数传故障分析提供依据和试验方法。

空间引力波探测系统数值与半物理仿真技术综述

空间引力波探测系统具有超高精度指标需求、子系统间强耦合等特点,造成传统的航天器数值和半物理仿真技术难以直接应用到空间引力波探测系统的数值和半物理仿真验证中。为促进适用于空间引力波探测系统的数值和半物理仿真技术的研究,本文首先调研了空间引力波探测系统所涉及的数值和半物理仿真技术国内外研究现状,包括:数值仿真系统、光/机/热/自引力多场耦合仿真技术、地面半物理仿真验证技术等。而后,总结提出空间引力波探测系统在数值和半物理仿真技术方面需重点解决的关键技术,包括:空间引力波探测系统数值仿真体系架构设计技术、全任务流程仿真技术、高速高精度的多场耦合仿真技术和高置信度的空间引力波探测系统地面半物理仿真技术。

建模仿真技术在机载雷达工程中的应用

建模仿真在机载雷达工程中发挥着十分重要的作用,本文分别介绍了雷达工程中面向算法研究的数学仿真系统和面向测试验证的半物理仿真系统等两个应用实例,进而提出了支持机载雷达系统的分布式仿真系统模型和相关的关键技术问题。

船舶驾驶台式操船模拟系统的设计和实现

本文设计并实现了综合船舶航向控制与船舶旋转运动的半物理实验仿真系统,该系统主要由工控机、数据采集卡、自动舵机、罗经、变频器等硬件设备组成。通过模型解算得到船舶在各种海况下的运动状态,经过PI控制器输出变频器的转速控制信号,控制转台跟踪船舶模型。试验结果表明,该系统可以模拟出海上船舶的实际运动状态,为陆上教学实习提供了良好的环境。

一种基于投影标靶的手眼相机标定方法

文章研究了一种基于投影标靶的手眼相机线性标定方法。该方法确定了半物理仿真系统中各组成部分之间的位置关系,以保证标定的正确、有效进行;规定了标定用的投影标靶设计原则,以保证标定的精度;改变了传统线性标定算法坐标系的建立方法,以保证由标定结果分解的外参数满足位姿测量的要求。实验结果表明,该方法的标定精度满足位姿测量的要求,是一种可行和有效的标定方法。

Semi-physical simulation of AUV pipeline tracking

Before the task of autonomous underwater vehicle(AUV) was implemented actually,its semi-physical simulation system of pipeline tracking had been designed.This semi-physical simulation system was used to test the software logic,hardware architecture,data interface and reliability of the control system.To implement this system,the whole system plan,including interface computer and the methods of pipeline tracking,was described.Compared to numerical simulation,the semi-physical simulation was used to test the real software and hardware more veritably.In the semi-physical simulation system,tracking experiments of both straight lines and polygonal lines were carried out,considering the influence of ocean current and the situation of buried pipeline.The experimental results indicate that the AUV can do pipeline tracking task,when angles of pipeline are 15°,30°,45° and 60°.In the ocean current of 2 knots,AUV could track buried pipeline.