状态空间法的非线性负载三相逆变器建模研究

含非线性负载的三相逆变器难以建立精确的数学模型,为此,文中以三相电压型SPWM逆变器为研究对象,提出一种基于状态空间平均法的非线性负载下三相逆变器建模的方法。根据三相逆变器的工作原理建立系统的小信号模型,利用相关坐标变换及状态空间平均法导出其状态方程,对其平均变量进行分离扰动和线性化处理,经过拉普拉斯变换后得到系统的状态空间平均模型。在Matlab/Simulink环境中分别搭建系统在线性负载和非线性负载条件下的方框图模型,对于两相旋转坐标系和三相静止坐标系下的三相逆变系统进行相应的仿真。结果表明,利用状态空间平均法对三相逆变器进行建模的可行性强,且所提方法具有仿真结果精确、误差小、鲁棒性强、仿真时间短等优点。

时空坐标转换方法的增量式实现与增量式时栅位移传感器研究

在分析时栅传感器结构和信号特点的基础上,提出了基于时空坐标转换方法的增量式时栅位移传感器设计方法,分析了控制系统中控制信号的增量式实现及其特殊性。通过对几种传感器信号特点的比较,解决了增量式时栅位移传感器的关键技术难题。

空间变化PSF图像复原技术的研究现状与展望

空间变化PSF(Space-variant Point Spread Function,SVPSF)图像,即物空间各点的退化随位置的改变而改变的图像,由于其复原技术涉及到多个甚至海量PSF的提取、存储和运算,相对于空间不变PSF(Space-Invariant Point Spread Function,SIPSF)图像复原要困难得多。目前处理此类图像的主要方法包括空间坐标转换法,等晕区分块复原法,以减少数据存储量,降低计算量,提高收敛速度为目标的直接复原法等。本文回顾了这一课题的研究历史,对目前的研究工作进行了分析和总结,介绍了本实验室提出的结合GRM(Gradient Ringing Metric)评价算法的总变分最小化图像分块复原法,并提出了未来工作关注重点的展望。

基于差分法的空间相机像移速度矢量计算

为了实现空间相机精密像移补偿,提出了一种基于差分法的空间相机像移速度矢量计算模型。首先,应用坐标变换建立空间相机对地成像模型,分析了空间相机在垂直摄影、侧摆摄影和前后摆摄影时,目标像点与成像面之间的相对运动情况。然后,根据目标像点在成像面上的匀速运动规律,提出对像点位置坐标进行差分计算求得像移速度矢量的方法。最后,对提出的方法与基于坐标变换的像移速度矢量计算方法进行了比较。结果表明,两种计算方法的相对误差在0.1%以内,验证了该方法的正确性。该方法避免了传统坐标变换法复杂的微分计算,提高了计算速度,亦可应用于同类遥感器的像移矢量计算中。

直角平面区域内固定圆形刚性夹杂问题的Green函数解

利用复变函数法、多极坐标移动技术研究了直角平面区域内含有固定圆形夹杂时的反平面问题Green函数解.首先构造出不含夹杂的完整直角平面区域内满足边界应力条件的入射位移场;其次,建立直角平面区域内固定圆形夹杂对该入射场产生的满足直角边界应力自由条件的散射波解,并由叠加原理得到介质内的总波场.最后利用夹杂边界处的位移条件确定出散射波解中的未知系数,最终得到问题的Green函数解,还通过算例讨论了夹杂边界处的径向应力和环向应力随不同波数、角度和不同夹杂位置及不同点源位置的变化情况.算例结果表明了该文方法的有效实用性.

航空线阵摆扫式相机严格成像模型的构建与验证

对航空线阵摆扫式相机严格成像模型进行了深入研究。在分析航空线阵摆扫式相机的结构及成像几何的基础上,建立了合理的坐标系统用于描述相机物像相对运动的光线旋转关系,构建了线阵摆扫式相机的严格成像模型;利用蒙特卡洛法对严格成像模型的各个误差进行仿真,分析了其对几何定位精度的影响;通过模拟影像数据空间后方交会试验,验证了严格成像模型的正确性。

空间目标天基双星立体天文定位

为了提高天基光学传感器观测空间目标的定位精度,基于天文定位原理,提出了一种天基空间目标双星立体天文定位方法。首先,根据光学载荷固有参数,分析了空间目标在光学传感器上成像特性,选择阈值质心法精确提取目标在二维像平面上位置。接着,基于目标到观测传感器全链路坐标投影变换关系,建立了地球惯性坐标系下目标的观测矢量模型。然后,结合最小二乘法准则,建立了双星立体天文几何定位模型,完成空间目标从二维图像信息到三维空间信息的投影变换。最后,搭建地面实验生成了含空间目标的星空图像,并完成了定位算法验证和误差仿真分析。实验结果表明:当定位模型中没有误差时,定位精度可达10^(-5) m;当同时存在卫星位置误差、卫星姿态误差、卫星轨道误差、相机安装误差和图像处理误差时,定位误差分布为均值为零,标准差为114.62 m的高斯分布,基本满足定位需求。本文的研究工作可为天基空间目标的高精度检测定位提供参考。

二维拉氏辐射流体力学人为解构造方法

人为构造解方法是复杂多物理过程耦合程序正确性验证的重要方法之一,适用于二维拉氏大变形网格的流体、辐射耦合人为解模型较为少见。针对拉氏辐射流体力学程序正确性验证的需要,从二维拉氏辐射流体力学方程组出发,基于坐标变换技术,给出了拉氏空间到欧氏空间的物理变量导数关系式,开展了辐射流体耦合的人为解构造方法研究,构造了一类质量方程无源项的二维人为解模型,并应用于非结构拉氏程序LAD2D辐射流体力学计算的正确性考核,为流体运动网格上的辐射扩散计算提供了一种有效手段。数值结果显示观测到的数值模拟收敛阶与理论分析一致。

直角平面内圆形刚性动夹杂对边界出平面点源载荷的动态响应

采用复变函数法和多极坐标移动技术研究二维直角平面区域内可动圆形刚性夹杂在边界出平面点源载荷作用下的动态响应问题。首先构造出直角平面区域内不含有夹杂时满足直角边界应力条件的格林(Green)函数解;其次求解波动方程边值问题,建立直角平面区域内含有夹杂时满足直边界应力自由条件的散射波解,利用叠加原理写出问题的总波场。借助于夹杂边界处的位移条件和夹杂运动的动力学条件,确定夹杂运动的位移幅度和散射波解中的未知系数。给出的算例结果表明本文方法的有效实用性。

二维直角平面内偏心圆形衬砌对稳态入射平面SH波的散射

利用复变函数法、多极坐标变换及傅里叶级数展开技术求解二维直角平面内偏心圆形衬砌对稳态入射平面SH(shearing horizontal)波的散射问题。首先构造出介质内不存在偏心圆形衬砌时的入射波场和反射波场;其次建立介质内存在偏心圆形衬砌时由衬砌外边界产生的能够自动满足直角边应力自由条件的散射波解和衬砌外边界向衬砌介质内的折射波解以及衬砌内边界的散射波解,从而利用叠加原理可写出衬砌介质内外的总波场。利用衬砌外边界处应力位移的连续条件和内边界处应力自由条件以及傅里叶级数展开方法列出求解波解中未知系数的无穷代数方程组,在满足计算精度的前提下通过有限项截断,得到相应有限代数方程组的解,最后通过算例具体讨论衬砌内边界处的动应力集中系数和水平直边界位移幅度比及其相位随无量纲波数、入射波入射角、衬砌位置及其偏心度的不同而变化的情况,结果表明文中算法的有效实用性。

直角平面边界固定半圆形夹杂对稳态入射平面SH波的散射

利用复变函数法、多极坐标及傅里叶级数展开技术求解了二维直角平面介质边界固定半圆形夹杂对稳态入射平面SH波的散射问题。首先构造出介质边界处不存在固定半圆形夹杂时的入射波场和反射波场;其次建立介质边界处存在固定半圆形夹杂时夹杂边界产生的能够自动满足直角边应力自由条件的散射波解,从而利用叠加原理可写出介质内的总波场。利用夹杂边界处位移条件和傅里叶级数展开方法列出求解散射波中未知系数的无穷代数方程组,在满足计算精度的前提下通过有限项截断,得到相应有限代数方程组的解,最后通过算例具体讨论了二维直角平面水平边界点的位移幅度比和相位随无量纲波数、入射波入射角、及夹杂位置的不同而变化的情况,结果表明了该算法的有效实用性。

半空间内圆孔对稳态入射平面SH波的散射

利用复变函数方法、多极坐标移动技术和Graf加法公式讨论半空间内圆孔对稳态入射平面SH(shearing horizontal)波的散射问题。首先写出介质内的自由波场和散射波场,它们能够预先满足半空间边界自由应力条件;其次,利用Graf(格喇夫)加法公式,将虚源波函数进行数学变换,使之与圆孔产生的波函数共同表示为同一个无穷正交函数级数的形式;最后利用圆孔边界处的应力自由条件,得出确定散射波函数中未知系数的无穷线性代数方程组,该方法避免了散射波函数傅里叶级数展开中积分的数值计算,因而显著地提高收敛速度和计算精度。算例结果表明方法的可行性。

运动物体的头戴式视线追踪控制系统设计

设计了一种基于嵌入式的头戴式视线追踪控制系统。它将实际运动物体作为控制对象,以人眼为控制源,采用图像处理算法和坐标映射模型,实现视线追踪技术。通过质心检测和椭圆拟合算法的比较与优化,系统定位瞳孔中心的角度误差精确到1.4°以内,再利用最小二乘法进行视线空间坐标变换,最终控制运动对象移动到注视点。实验结果表明,人眼距离被控对象2m内时,被控对象的定点误差在5cm内,系统响应时间在0.3s内,满足用户日常操作要求。

仅需加减法实现的空间椭圆插补

提出了空间椭圆插补的一种新方法，首先使用逐点比较法平面圆弧插补获得基本插补量，然后以三维坐标变换将基本插补量变换成为空间椭圆的插补量。平面圆弧插补和坐标变换只使用加减法运算，插补简简便，高效。

履带式机器人运动学分析

阐述了履带式机器人的运动机构,并对其运动学性能进行了分析。采用空间坐标变换基本原理及坐标变换的矩阵解析方法建立了运动方程,并在此基础上求出其逆解,同时对解进行了分析。为机器人的空间位置实时控制提供了理论依据和有力保证。

斜轧波纹管轧辊螺旋孔型数学建模与仿真

对轧辊斜轧波纹管这一过程进行运动分析,根据曲面包络理论并结合空间坐标变换法对斜轧波纹管轧辊螺旋孔型曲面方程进行研究,获得其数学模型。然后利用MATLAB软件对轧辊螺旋孔型曲面数学模型进行描述,得到孔型曲面的一系列数据,编辑程序对孔型曲面的相关数据进行处理,再将处理后的数据导入到PROE软件中,建立轧辊三维模型。最后将轧辊三维模型导入到VERICUT软件中,以轧辊模型为刀具对不锈钢管材进行轧制加工仿真,验证轧辊模型的可行性与有效性。

坐标变换与空间微量

坐标变换和空间微量是一个有趣而实用的问题,本文推广了《高等数学》教材中关于重积分换元的Jacobican(雅可比)行列式法,绕开了该法依附于重积分的极限证明方案,给出了坐标变换(含降维坐标变换)时空间微量的统一表达式及其直观几何解释,这些结果在计算重积分时非常简捷实用。