空间站姿态控制和动量管理研究

空间站在利用控制力矩陀螺 (CMG)进行姿态控制的过程中 ,由CMG产生的内力矩使空间站角动量重新调整分配 ,会引起控制力矩陀螺角动量随时间的累积 ,从而导致角动量的饱和。本文在空间站姿态控制与动量管理 (ACMM )线性化模型基础上 ,首先建立了不考虑扰动抑制下的控制系统稳定模型 ,其次分析了考虑扰动抑制下的控制器设计 ,引入线性系统有关理论 ,利用内模原理实现对扰动抑制的鲁棒控制 。

基于极点配置的空间站角动量管理

针对惯性系下引力梯度力矩及其他干扰力矩引起控制力矩陀螺(CMG)角动量积累的问题,采用引力梯度力矩来平衡姿态,设计了基于极点配置的空间站角动量管理控制器。首先在惯性系下建立了空间站线性化模型,并分析了俯仰轴方向在惯性系角动量管理的不可行性。由此,将俯仰轴与滚动/偏航轴解耦,不约束俯仰轴方向的CMG角动量,将常值、1倍和2倍于轨道频率的扰动纳入状态方程以抑制其对俯仰轴姿态的影响。在滚动/偏航轴方向将常值扰动纳入状态方程中以抑制其对CMG角动量的影响;将1倍、2倍于轨道频率的扰动纳入到状态方程中以抑制其对姿态的影响。然后采用带极点配置的线性二次型(LQR)算法求解出反馈增益矩阵,该算法可以避免选取权重矩阵,并且根据系统性能要求即能将闭环极点配置到复平面虚轴左侧指定的区域。最后仿真结果验证了该算法的可行性。

支持向量机的关节坐标测量机最佳测量区研究

测量时将小尺寸被测工件置于关节式坐标测量机的最佳测量区(即测量误差最小的区域)内,用低精度测量机可实现高精度测量。为了获得最佳测量区,给出了测量机的测量空间;运用支持向量机的方法建立了空间误差分布模型;讨论了两种最佳测量区方案;最后通过实验求解了最佳测量区并进行了验证,结果表明位于最佳测量点P1处的锥窝计算距离平均值为0.1299 mm,而比对点P为0.2048 mm。这说明基于支持向量机的关节式坐标测量机最佳测量区的研究是有效的。

提高关节臂式坐标测量机测量精度的关键技术

在不增加关节臂式坐标测量机硬件成本的基础上,为了提高测量精度,讨论了几点关键技术。分析了一个测量模型的不足,提出了一机多模思想;分析了空间误差的不均匀性,探讨了最佳测量区;分析了随机采样的弊端,研究了数据采集技术;分析了标定技术的难点,论述了标定内容。

基于距离约束的关节式坐标测量机蛙跳测量方法研究

针对关节式坐标测量机(ACMM)在大尺寸工件的检测过程中测量范围有限且误差较大的问题,提出了一种基于距离约束的ACMM的蛙跳测量方法。在ACMM进行坐标转换的过程中,利用蛙跳球作为公共基准点,用高精度的三坐标测量机对蛙跳球之间的空间位置关系进行标定。在计算坐标转换参数的过程中,将任意两蛙跳球之间的位置关系作为距离约束条件,消除测量过程中产生的粗大误差并优化坐标转换模型的参数,以提高坐标转换精度。实验结果表明:距离约束能够有效地提高坐标转换参数的精度,同时增加公共基准点的个数会较大地提高蛙跳测量精度。

关节式坐标测量机虚拟样机建立及采样点推广算法

为了单独分析关节式坐标测量机由圆编码器误差引起的测量误差,排除包括由杆件长度、杆件偏角及环境温度等因素所引起的误差,文章运用虚拟样机技术建立了关节式坐标测量机的虚拟样机模型,并将其与D-H方法建立的测量模型进行了比较验证,结果表明该虚拟样机成功地排除了绝大多数误差源,使得单独分析由圆编码器误差引起的测量空间误差分布成为可能。同时为了解决在空间采集大量均匀点的工作量大及复杂度高的问题,该文提出了一种将采集的一个面上的点推广为整个测量空间的大量点的算法,为下一步分析空间误差分布奠定了基础。

柔性测量臂测头半径补偿算法研究

柔性测量臂测头半径补偿的精度对系统精度具有重要影响。本文在分析半径补偿基本原理的基础上,提出了一种基于测量特征分类的半径补偿算法。该算法首先把测量特征分为点、线、面3种基本特征(其中面特征又分为二次曲面和自由曲面),然后建立各种特征的参数方程,利用测量得到的少量特征点,采用最小二乘法拟合得到被测特征的参数,最后根据被测特征参数进行高精度半径补偿。试验结果表明本文方法确实可行,具有较高的测量精度和较好的实用性。

吸收钳测量法有效性研究

针对使用吸收钳测量法(ACMM)进行骚扰功率测量的有效性问题,分析了ACMM的测量原理,建立理论数学模型,通过数学模型分别计算ACMM和更符合实际情况的场强测量法的理论值,并模拟现实情形分别按这两种方法进行测试,将结果进行对比分析。结果表明:ACMM只有在特定情形下才是有效的,但在不同的走线方式、馈线长度、存在内部射频骚扰回路等情形下与场强测量法的偏差较大。因此应考虑逐步取代ACMM,最终转而采用场强测量法。