机床滚转角高精度测量中的频偏现象研究

为降低正交偏振光外差干涉相位法中相位差的波动幅度,提高滚转角的测量精度,利用琼斯矩阵法,建立了测量光路和参考光路数学模型。新模型在原有模型的基础上考虑了双频激光器频差的不稳定性和光电探测器响应时间的差异性的影响,推导出测量信号和参考信号之间的频率偏差(简称频偏)会对相位差波动产生较大的影响。在此基础上,给出频偏是由双频激光器频差的不稳定性和光电探测器响应时间的差异性综合作用产生的,并且量化了频偏对于滚转角测量精度的影响。根据该模型,提出通过提高双频激光器的稳频精度和降低光电探测器的响应时间的差异性的方法来降低频偏,进而降低相位差波动。实验结果表明:在降低光电探测器响应时间的差异性后,相位差实际波动幅度由0.7°下降到0.1°左右,测量误差降低了85.7%,证明了分析模型有效可行。     

弹道修正引信滚转角未知条件下MIMU快速初始对准方法

针对基于双旋结构的二维弹道修正引信及所配用弹药发射后修正引信滚转角不确定的问题,提出采用BP神经网络快速确定修正引信滚转角范围进行粗对准,进而利用卫星导航信息辅助惯性导航系统进行快速初始对准的方法. 该方法利用修正引信滚转角误差与惯性导航解算速度误差之间的关系建立神经网络模型,并通过仿真生成不同工况的弹道数据对神经网络进行训练. 针对某旋转弹弹道进行仿真,结果表明,使用中等精度微惯性测量组合,粗对准过程中修正引信滚转角误差估计值小于20°,精对准过程中姿态误差角在弹丸发射后40 s内收敛到0.4°以内.      

滚转角测量方法的研究

采用直角坐标系统的机床或测量机共有２１项结构误差，其中１８项误差可以用现成的干涉仪测量，另外３项滚转角误差没有现成的仪器测量。提出了一种动态测量滚转角误差的方法，基于偏振面旋转角的测量，用半波片作传感元件，自动读出法给出测量结果。文中介绍了３个关键的问题：法拉第盒的设计、反馈方法消除旋光漂移以及进一步提高分辨率的方法。实验结果表明，这种方法具有良好的线性，分辨率为０．１″，漂移量为０．１５（″）／ｈ。     

机床滚转角测量中敏感元件倾斜引起的误差分析

为研究正交偏振光相位法测量机床滚转角过程中,机床的俯仰、偏摆运动误差对测量精度的影响,建立了测量光路数学模型,利用琼斯矩阵法计算光路中光的偏振态变换过程,并推导出被测滚转角与相位变化量间的测量公式。在此基础上,采用光的偏振和晶体光学理论,分析了测量过程中机床俯仰、偏摆运动误差造成的敏感元件(即1/2波片)倾斜所引起的测量误差。分析结果表明,1/2波片在倾斜角度小于2°的情况下所引起的测量误差小于0.1%,对测量精度影响较小,从而论证了正交偏振光相位法高精度测量机床滚转角的可行性。     

机床导轨滚转角测量误差分析

为研究激光外差干涉法滚转角测量中反射器入射角误差对测量灵敏度的影响,利用琼斯矩阵,建立了一种新的测量光路数学模型。新模型在原有模型的基础上考虑了高反镜入射角误差的影响,基于多层介质膜作用机理,量化了高反镜入射角误差引起的反射光变化,进而推导出高反镜入射角误差对滚转角测量灵敏度的影响。结果表明:测量系统的放大倍数随高反镜入射角不同而变化,并在入射角为36°时取得理论最大值720倍,达到高反镜正常角度入射时放大倍数的6倍;实验验证当高反镜入射角为38°时,系统放大倍数达到346倍,若采用分辨率为0.01°的相位计,滚转角的测量分辨率可达0.1″。实验结果验证了理论分析的正确性,并且提供了一种通过改变高反镜入射角来提高滚转角测量灵敏度的思路。     

滚转角测量中直角棱镜相位损失及解决方法

在利用正交偏振光外差干涉相位法测量数控机床滚转角误差的过程中,发现反射元件直角棱镜造成的相位损失对系统分辨率产生了不可忽略的影响,通过琼斯矩阵运算,量化了该相位损失对实验结果的影响,并进行了实验验证;同时,针对相位损失问题,提出了基于高反膜相长干涉原理的解决方法。结果表明:直角棱镜引入的相位损失使测量系统在灵敏区的放大倍数降低了40.7%,而基于平面反射镜的解决方案基本消除了相位损失对测量系统分辨率的影响;滚转角误差引起的相位变化幅度由原来的55.8°上升到使用平面反射镜时的349.2°,与参考实验数据358.5°的变化幅度十分接近,从而证明了应用高反膜相长干涉原理解决相位损失问题的可行性。该原理和方法同时为解决全反射导致的光学相位变化问题提供了理论依据和解决思路。     

融合双轴加速度计与单轴陀螺仪的滚转角测试方法

实时高精度滚转角信息对提高高速旋转弹药制导精度尤为重要。由于弹体纵轴存在高速旋转,若纵轴采用大量程陀螺,则会带来较大的输出噪声,同时不可避免地存在累积误差,导致滚转角测量精度不高。为解决这个问题,提出了一种融合双轴正交加速度计与单轴陀螺仪的滚转角测试方法,纵轴采用大量程陀螺进行滚转角测量,双轴正交加速度计测量横轴和竖轴上的加速度,利用低通滤波提取重力投影测量滚转角,由加速度计得到的滚转角作为观测量,基于卡尔曼滤波（KF）融合两种方式得到滚转角信息,利用加速度计修正陀螺仪从而提高滚转角测量精度。为验证算法的有效性,进行了弹道仿真实验,实验结果表明：在6.68秒的外弹道飞行过程中,单独使用加速度计测量滚转角精度为（RMSE标准）15.58°,单独使用陀螺测量滚转角精度为1.36°,融合算法精度为0.57°,且不存在累积误差。实验表明,该算法具有重要的工程应用价值     

基于锁相跟踪和惯组的旋转弹滚转角估计方法

为解决微惯性测量组合测量旋转弹滚转角的问题,在对旋转弹角运动特性进行分析研究的基础上,建立微惯性测量组合测量滚转姿态的数学模型,提出基于锁相跟踪算法和微惯性测量组合的旋转弹滚转角估计方法. 该方法对基于三阶锁相环的锁相跟踪算法及其特性进行研究,根据旋转弹角运动特性和微惯性测量组合测量信号特性确定三阶锁相环环路滤波参数,并建立基于三阶锁相环和微惯性测量组合的旋转弹滚转角估计模型,即可根据模型进行锁相跟踪计算得到滚转角. 仿真结果表明,三阶锁相跟踪环路能对旋转弹滚转信号进行有效跟踪,并能够通过微惯性测量组合估计滚转角速度和滚转角,满足旋转弹滚转运动姿态提取的要求,有较大的实用价值.      

基于L1自适应控制律的无人机滚转控制

在飞行器参数变化时,L1自适应控制相对于传统比例积分微分(proportional integral derivative,PID)控制方法具有理想的控制效果.针对某型存在参数不确定性的无人机,建立了无人机横侧向动力学模型,在对L1自适应控制理论进行研究的基础上,分别设计了L1自适应控制律和比例微分(proportional derivative,PD)控制律,通过算例仿真,对比分析了这两种控制律对无人机滚转角的控制效果.结果表明,L1自适应控制律具有良好的抗飞行器参数变化能力,鲁棒性强,对无人机飞行控制系统设计具有重要的参考价值.     

小角度测量的光学方法及应用

光学测角法是高精度动态角度测量的一种有效的解决途径．对目前发展较快的几种小角度测量的光学方法——圆光栅测角法、光学内反射小角度测量法和激光干涉测角法进行了介绍．对光学测角法在舰船甲板变形测量中的应用进行了详细的阐述．     

攻角对长杆弹高速斜侵彻性能的影响

为了提高穿甲弹的侵彻性能,研究了攻角对杆式弹侵彻性能的影响规律。利用非线性动力学有限元分析软件,对长径比为21的钨芯长杆弹高速斜侵彻匀质钢板进行了一系列数值模拟,得到了侵蚀杆式弹侵彻半无限靶板时弹靶系统的变化过程。理论计算及数值模拟均表明,带攻角侵彻时弹道轨迹向有利于穿透靶板的一侧偏转。通过对剩余动能、侵彻深度、剩余速度、穿透时间各因素的分析,得出了对长径比为21的钨合金杆式弹穿深有利的攻角范围为-0.2°δ0°,给弹丸设计及发射过程中的参数优化提供理论依据。     

基于蒙特卡罗的单无人机侦察平台误差修正方法研究

为满足舰炮武器系统对目指精度的要求,建立了一种以小型无人机为中继站的目标定位模型。主要是以无人平台上搭载的电视图像传感器与激光成像雷达传感器相结合进行共轴探测,通过对无人机视场范围内的显著地形地貌进行标记,完成坐标转换,消除无人机自身定位误差及随机误差。通过传统无人机目标定位和所提方法的对比,对同一目标进行定位。结果表明,提出的方法在目指精度上有了较大提高。     

Q450冷弯成型角钢有限元数值模拟

采用非线性有限元法对冷弯成型过程中角钢各部位的应力、应变分布情况进行分析,并揭示了角钢在成型过程中金属的变形规律.结果表明,有限元模拟得出的板材应力、应变分布规律与实际情况相符合,冷弯回弹模拟结果与实测回弹值存在一定的误差,模拟结果中回弹角随着成型角增加时的变化规律与实测结果一致.采用非线性有限元法对冷弯成型过程进行数值模拟是可行的.     

立辊锥角对H型钢翼缘宽展和轧制力的影响

采用三维弹塑性有限元法模拟了不同立辊锥角的H型钢万能轧制过程，分析了立辊锥角大小对翼缘宽展和轧制力的影响。以工业纯铅为材料，采用在试件断面划分网格的方法，在燕山大学H型钢三机架连轧机组上进行了实验研究，验证了数值模拟结果的正确性。     

基于MATLAB的海浪及船舶横摇仿真模型研究

在分析随机海浪的波倾角和能量谱以及船舶运动受力的基础上，建立了随机海浪的仿真模型，利用MATLAB软件对海浪波倾角及船舶的横摇运动进行了仿真，为船舶横摇控制及隔离船摇稳定平台的建立奠定了基础。     

基于影响函数法的复杂辊系有载辊缝模型优化

精确的板形控制理论对提高板带轧制质量有重要意义,而辊缝的高效预测是板形控制理论的重要内容.针对复杂辊系的辊缝在线计算问题,给出一种高效的计算方法.该方法以在简单辊系中成熟应用的影响函数法为基础,结合有限元法中建立刚度矩阵思想,并通过矩阵迭代方式求解矩阵来预测辊缝.通过对辊间接触压力向量Ψ的前置处理,实现了高效的初值预设,新型预测模型的求解速度与精度进一步提高.将该预测方法与有限元法对比分析,发现该方法计算时间大大少于有限元法,但精度与有限元法相近,最大误差仅为1.6%,满足在线计算时的要求.     

光栅衍射条纹法测量平面的倾斜角度

本文提出了一种光栅衍射条纹法,该方法同时适用于小场景和大场景的三维形貌测量,并且使用光栅衍射条纹法测量平面的倾斜角度,通过实验证明该方法可行.     

基于极坐标等角度分布的钢轨廓形测量误差校准

针对钢轨廓形(轨廓)动态测量系统现场长期应用精度下降问题,提出采用接触式轨廓测量仪对动态测量系统进行校准.首先根据极坐标系等角度分布原则,分别对接触式测量轨廓和非接触式测量轨廓进行数字化建模和重采样处理.然后选取接触式测量轨廓作为基准,建立非接触式测量轨廓与基准轨廓之间的映射关系.最后通过对比二者偏差,实现轨廓动态测量系统误差现场校准.实际应用表明,经校准后的轨廓动态测量系统,静态测量误差由0.96mm降低到0.14mm,动态重复性误差最大值、平均值和均方根值分别为0.29mm、0.13mm和0.18mm,验证了校准方法的可行性.     

热轧带钢平整机工作辊的不均匀磨损及其降低措施

以2 250 mm热轧带钢平整机为对象,对工作辊的不均匀磨损进行研究。通过测量发现其工作辊磨损具有“W”形的特征,并分析该磨损与热轧和冷轧平整磨损的异同。结合其磨损特点,构造磨损模式函数,采用遗传算法确定模型参数,得到可满足工程要求的磨损模型。利用该模型计算分析不同窜辊策略时工作辊的磨损情况,针对原策略的不足提出新的窜辊策略并进行工业试验。研究结果表明：不均匀磨损程度减小,工作辊服役期延长。