陀螺角速度控制下的单辙两轮车自平衡研究

针对单辙两轮车的不稳定的系统,提出通过控制两个单框架控制力矩陀螺(SGCMG)来研究单辙两轮车的自平衡问题,设计了一个基于滑模控制(SMC)的陀螺角速度控制器,控制SGCMG产生进动力矩,并采用一个奇异回避算法避免陀螺发生奇异现象,以实现整车在静止和动态下的自平衡,并通过仿真验证验证在越障和跨壕沟路况时的自平衡能力。仿真结果表明,所采用的控制方法能够以较小的框架角度使整车快速平衡到直立状态,并且在行驶过过程中很好的抵抗外部干扰,以一个距平衡角度2°范围内的侧倾角度行驶,仿真结果对单辙两轮车的平衡行驶有显著意义。

基于视线角速度精度的导引系统抗干扰性能评估指标研究

针对传统抗干扰性能评估指标集中在导弹制导系统层面,无法满足导引系统抗干扰性能评估的问题,本文在分析抗干扰过程中制导系统内部误差传递原理的基础上,基于导引系统的测量误差,提出了基于视线角速度精度的导引系统抗干扰性能评估指标,从而在导引系统研制过程中,能够及时对其抗干扰性能进行评估。由于视线角速度精度在外场试验中不易测量,为了提高该指标的测试效率,基于比例导引制导原理,给出了视线角速度精度的简化计算方法,并针对非比例导引制导场景,给出了利用识别时间对视线角速度精度进行等效测试的方法。外场数据测试结果表明,该指标能够反映导弹在不同场景下的抗干扰性能,具有一定合理性。

惯性角速度匹配测量方程的耦合误差分析

针对惯性角速度匹配测量方程得不到理论精确解的问题,根据角速度匹配测量方程建立了形变角估计误差与船体角运动和动态形变角的相关函数模型,从理论上证明了船体角运动与动态形变角之间的交叉耦合将产生形变角估计误差。在动态形变角和船摇角幅度分别为20″和2°的仿真条件下,当船体运动角速度与动态形变角速度不相关时,形变角估计误差均值分别为-1.8"、3.7"、3.8";当船体运动角速度与动态形变角速度完全相关时,形变角估计产生约50"的偏置误差。仿真和实验结果表明,误差的大小与二者之间的相关系数呈正相关。研究结果可为舰船形变测量和传递对准相关的理论研究和工程应用提供参考。

基于旋转变分模态分解的IMU角速度去噪算法

惯性测量单元(IMU)的应用中,角速度的噪声误差积累对姿态解算性能有较大的影响。针对角速度中存在的噪声,提出一种融合了变分模态分解(VMD)和角速度旋转三维分解的去噪算法。首先通过坐标系旋转获得角速度在不同虚拟轴的输出,再利用VMD提取合适分量重构虚拟轴信号。VMD的非线性重构使得各个虚拟轴的残留误差相对独立,最终多个虚拟轴的反向旋转回到原始坐标系后通过独立信号的均值合并能有效消除IMU中角速度的噪声。基于EuRoC数据集的实验结果表明:该算法降噪效果显著,均方根误差降低70%~85%,且能有效平衡三轴误差。

平转施工桥梁转体角速度及角加速度合理取值分析

关于水平转体施工桥梁的转体角速度限值问题存在较大的争议,现有标准提出的0.01~0.02 rad/min的平转角速度限值偏于保守,造成部分转体桥无法在正常的铁路天窗时间内完成转体,而一些工程实际采用的转速大幅超过现有标准,但并未对结构安全造成任何影响。本文对转体角速度和角加速度与结构效应的对应关系进行理论分析,对国内相关研究成果进行归纳总结,并结合襄北编组站大桥的模型试验数据,按照转体悬臂长度提出转体角速度和角加速度合理取值范围。推荐取值为:悬臂长度不大于40 m时,角速度宜控制在0.05 rad/min以下;悬臂长度大于80 m时,角速度宜控制在0.025 rad/min以下;悬臂长度在40~80 m时,转体角速度的上限值可内插取值;转体角加速度宜控制在2.2×10^(-5)~4.2×10^(-5)rad/s^(2)。

基于瞬时角速度信号增强的RV减速器行星齿轮局部故障检测

针对旋转矢量(rotary vector, RV)减速器多源耦合严重,行星齿轮局部故障所引起的冲击易被其他干扰分量所淹没,故障特征提取困难的问题,结合编码器信号的优势提出了一种基于自适应最大二阶循环平稳盲解卷积(adaptive maximum second order cyclostationarity blind deconvolution, ACYCBD)的RV减速器行星齿轮局部故障检测方法。首先,拾取伺服电机内置光编码器信号,并利用向前差分计算获得瞬时角速度(instantaneous angular speed, IAS)信号;然后,依据特征评价指标(characteristic evaluation indicator, CEI)最大化原则自适应确定ACYCBD优化滤波器长度,并对IAS信号进行增强;最后,通过识别时域中与故障冲击周期相匹配的理论齿数实现RV减速器故障检测。通过试验数据分析,并将所提方法与现有的稀疏低秩分解算法和增强CYCBD算法对比,验证了所提方法的有效性。

G-force眩晕诊疗系统角速度对良性阵发性位置性眩晕患者诊断的影响

目的:观察眩晕诊疗系统旋转角速度对良性阵发性位置性眩晕(BPPV)患者诊断的影响。方法:选取2022年11月-2023年4月在南阳市中心医院眩晕中心就诊的203例BPPV患者,随机分为A、B、C、D 4组,分别以初始角速度为30°/s、55°/s、80°/s、105°/s对患者进行位置试验,通过对比4组患者眼震阳性率差异评价角速度对BPPV患者诊断的影响。结果:在203例患者中,共有175例在首次位置试验检出眼震,总体阳性率为86.21%,其中,A组(30°/s)阳性率为76.92%,B组(55°/s)阳性率为96.00%,C组(80°/s)阳性率为82.00%,D组(105°/s)阳性率为90.00%,B、C、D三组首次位置试验眼震阳性率相较于A组更高,其中以B组最为明显(P<0.05),D组、C组次之(P>0.05)。结论:一定的角速度是成功诱发BPPV患者眼震的关键,以55°/s的角速度进行位置试验可明显提高患者位置试验眼震阳性率,建议优先以55°/s的角速度对患者进行位置试验。

基于零极点配置的宽频带角速度传感器信号融合方法

为满足在轨微角振动力学特性分析和主动补偿的测量需求,解决单一角速度传感器难以兼顾sub-μrad级低噪声与k Hz宽频带的问题,提出一种基于零极点配置的宽频带角速度传感器信号融合方法。通过调配不同测量带宽角速度传感器传递函数的极点来调整传感器传递特性,使传感器在非工作带宽的信号和噪声衰减后再进行融合,实现了带宽2 Hz-1000 Hz的MHD角速度传感器与带宽DC-22 Hz的MEMS陀螺仪的数据融合,并将所提方法与两种基于频域的数据融合算法进行对比。实验结果表明:当对MEMS陀螺仪进行零极点配置融合时,融合信号在0.1 Hz-700 Hz频段内最大幅值波动1.64 dB,等效噪声角速率0.2126°/sRMS。所提方法能够为宽频带角速度测量提供技术保障,并能为具体场景下融合算法的应用和选择提供指导。

2053例正常人双温试验眼震最大慢相角速度与年龄的相关性研究

目的分析正常人双温试验最大慢相角速度(maxSPV)与年龄的相关性,并分析其机制。方法2019年01月~2022年06月至我院耳鼻咽喉头颈科眩晕诊疗中心检查的2053名正常人行冷热试验。记录受试者性别、年龄,以及分别经左侧24℃、50℃,右侧24℃、50℃气体刺激后诱发眼震极盛期10 s的maxSPV,进行统计学分析。结果70~79年龄段、>80年龄段maxSPV下降,差异有统计学意义(P<0.05);所有年龄段热气刺激后maxSPV均大于冷气刺激后maxSPV,差异有统计学意义(P<0.05)。结论70岁以上人群双温试验maxSPV下降;所有年龄段热气刺激后maxSPV均大于冷气后maxSPV。

基于MHD角速度传感器的面阵相机模糊图像复原

在轨卫星平台上普遍存在着宽频带、低幅值的微角振动,随着对航天相机探测能力和遥感图像空间分辨率要求的不断提高,微角振动对星载光学系统成像质量的影响更加突出.针对高频微角振动造成的图像模糊问题,提出使用磁流体动力学(magnetohydrodynamics,MHD)角速度传感器测量面阵相机受到的微角振动,并根据面阵相机角运动信息构建点扩散函数,进一步采用基于全变差正则化的图像复原算法实现图像复原,从而提高图像质量.首先,在分析航天相机受到微角振动干扰产生像移原因的基础上,建立像移模型,并根据像点在焦平面上的移动轨迹构建点扩散函数.其次,搭建实验系统模拟航天相机在微角振动环境下的成像过程,在垂直于光轴的方向上施加单频正弦角振动干扰,并使用MHD角速度传感器进行探测.最后,利用基于全变差正则化的图像复原优化算法对模糊图像进行复原,并基于图像的调制传递函数对复原图像质量进行评价.实验结果表明:当微角振动频率在20~300 Hz内,且产生的像移在13个像元以下时,复原图像的调制传递函数积分面积可达到静态图像积分面积的90%以上,图像细节清晰,对比度得到明显提升.对同一频点进行多次重复实验,结果表明该方法具有良好的重复性.相关实验结果表明,基于MHD角速度传感器的微角振动测量方法和图像复原算法相结合能够显著提高航天相机的成像质量.

基于瞬时角速度信号窄带解调的太阳轮故障检测

由于时变传递路径以及振动传感器受测量频率下限的限制,及在转速较低工况下基于常规振动信号的太阳轮故障检测较为困难。对此,结合编码器信号的优势,提出一种基于编码器信号窄带解调技术的太阳轮故障检测方法。首先使用T法对光栅式编码器角度信号进行采集,然后使用向前差分法获得瞬时角速度(instantaneous angular speed, IAS)信号,随后使用角域同步平均抑制非同步干扰分量,最后通过窄带解调实现太阳轮故障检测。同时,在所提方法中提出一种基于峭度的解调频带选择策略和一种基于相位解调函数相位变化率的故障特征增强方法。实验证明IAS信号可以有效克服常规振动检测方法的不足,并验证了所提出方法能有效实现对太阳轮故障的检测。

基于弹道弯曲角速度单矢量的制导炮弹滚转角空中粗对准方法

制导炮弹内弹道呈现高转速、大过载的特点,其导航坐标系统滚转通道无法进行初始对准。针对以上难点问题,根据无控段飞行特性,提出一种基于弹道弯曲角速度矢量的滚转角空中粗对准方法。在无需卫星、机动辅助的条件下,利用重力引起的弹道弯曲角速度矢量作为基准,通过单矢量定姿实现滚转角对准。为消除低精度陀螺仪的零偏、轴偏角等误差的影响,分析了弹体姿态运动测量信息的频域特性,利用FIR带通滤波器提取角速率陀螺信息中弹体滚转频点处的有用分量,并采取对准起始时刻冻结弹体坐标系下的积分策略,平滑随机测量噪声,从而提高对准精度。通过数学仿真手段,探究了惯性陀螺误差对对准精度的影响。数学仿真结果表明:该方法仅利用低精度角速率陀螺即可实现在无控段快速粗对准滚转角,误差在1°左右;在飞行搭载试验中,滚转角对准误差可控制在2°以内。

考虑轮胎非线性的横摆角速度计算与车辆稳定性控制

基于非线性轮胎模型提出横摆角速度的一种准确计算方法,并将其用于车辆稳定性控制。轮胎的非线性采用刷子模型进行表征,通过摄动分析得到等效稳定性因数,进而得到稳态横摆角速度的精确解析解。对解析解存在性的分析表明轮胎非线性会对车辆稳定性产生影响。实车试验和基于车辆模型的控制仿真表明,考虑轮胎非线性可有效提高作为目标参量的稳态横摆角速度的计算精度,提高车辆稳定性的控制效果。

微半球谐振陀螺角速度解算优化与噪声抑制方法研究

由于微半球谐振陀螺在常规角度解算方法下角度信号会发生突变,导致角速度信号存在周跳现象,针对这一现象,采用一种基于偏导法的角速度解算方法消除跳点,并通过仿真和实验进行了验证。由于硬件噪声以及差分输出等因素,陀螺输出角速度信号噪声较大,针对这一问题,利用自抗扰控制算法抑制噪声,从理论上分析了降噪算法的可行性,并通过仿真和实验进行了验证。设计相应的测控电路进行性能测试,实验结果显示,使用偏导法进行角速度解算消除了原始信号中的跳点现象,使用自抗扰控制算法明显降低了角速度信号的噪声,改进后的零偏稳定性提高了25.63%,角度随机游走降低了83.89%。

微重力环境对MHD角速度传感器性能影响研究

磁流体动力学角速度传感器在轨测试期间,其内部流体部分运动特性在微重力下与实验室(常重力)环境不同,表现为静压梯度、沉浮分层与浮力对流减弱,且航天器姿态调整时传感器所受微重力方向会发生变化,故有必要分析航天器所在微重力环境对传感器输出性能的影响。由于在轨测试成本高,地面测试复现效果不理想,利用仿真软件Fluent,对比两种不同结构的传感器在常重力下和航天器不同姿态的微重力下流体运动特征与敏感元件输出特性。仿真结果表明,相较于常重力环境,在航天器不同姿态的微重力环境下,径向磁场结构敏感元件的标度相对误差不超过0.01%,最大值较轴向磁场结构减小1个数量级,低于标度重复性测试相对误差3个数量级,相位偏差小于10^(-5)°。

一种改进的等精度转台角速度测试方法的实现

目前转台角速度测量主要利用长时间求平均值的方法,测量时间较长,不能实时测量,本文提出改进等精度法测量方法测量转台的角速度,采用FPGA快速测频技术实现了转台角速度实时测量。研制了便携式转台角速度测试系统,代替以往用来进行角速度测量的大型数字频率计等设备。用虚拟仪器搭建人机交互平台,实现转台角速度的实时处理,对数据进行快速高效的采集、分析、显示、存储,代替以往的人工录入再进行数据处理的方法,实现了转台角速度现场、快速测试。

转角脉冲试验中横摆角速度误差注入与模拟

为使虚拟样机进行转角脉冲试验更加接近实车试验数据,根据陀螺仪传感器的构造和误差产生机理,对陀螺仪系统误差和随机误差的数学特性进行分析,并建立相应的误差模型,提出了系统—随机误差注入方法,对注入误差后的横摆角速度进行误差模拟。结果表明:误差注入方法可有效对动力学模型输出数据进行模拟,通过分布检验法进行验证,验证结果与注入误差的类型一致也表明了误差注入方法的有效性。

基于角速度补偿的相控阵导引头波束稳跟回路设计

为实现弹体姿态扰动下相控阵导引头对目标的稳定跟踪,提出一种基于角速度信息补偿的相控阵导引头捷联去耦方法,在有效隔离弹体姿态扰动的同时对视线角速度进行提取。对影响相控阵导引头去耦及视线角速度提取效果的影响因素进行了分析。仿真结果表明,通过跟踪回路增益的合理控制,可以有效降低特定弹目线运动下的角跟踪误差及角速度估计误差,验证了算法在去耦与视线角速度提取方面的有效性。

转向盘角阶跃输入横摆角速度响应时间影响因素分析

汽车转向盘角阶跃输入下的横摆角速度响应时间的优劣关系到汽车的操纵稳定性,也是汽车研发过程中需要关注的试验数据。本文通过应用CARSIM软件建立整车模型,改变不同的影响因素的值,分析仿真结果,从而对改进汽车汽车转向盘角阶跃输入下的横摆角速度响应时间提供参考,对优化汽车操纵稳定性具有重要意义。

无陀螺飞行器姿态和角速度确定

通过预测滤波方法研究了利用矢量观测确定无陀螺飞行器姿态和角速度的方法。给出的预测滤波算法在一定的二次型优化准则下 ,对飞行器姿态和名义姿态运动模型的等效角速度误差可同时进行实时估计 ,能够准确跟踪敏感器的测量 ,有效减小模型误差的影响。