多目标运动模拟系统及其空间位置高精度定位方法研究

论文摘要

多目标运动模拟系统作为目标运动仿真的关键设备,不但可以通过复现目标的运动轨迹、模拟目标的运动特性来为研究对象提供综合测试和物理仿真,还可为各种测量仪器或精密设备的进行高精度的标定或校验。本文以某型多目标运动模拟系统作为研究对象,以提高目标的空间定位精度、改善系统动态性能为研究目的,进行了以下研究工作:首先,分析了多目标运动模拟系统总体结构,确定了系统控制方案,设计了一套基于专家PID控制与预见前馈控制相结合的控制器;通过利用被控对象近似模型对控制器进行仿真,验证了所设计的控制器的控制效果,不但满足多目标运动模拟系统精度要求,解决系统快速响应和超调之间的矛盾,而且很好的改善了系统跟踪性能。然后,针对系统结构特点,采用了三角交汇测量法和立体视觉测量法分别对系统空间位置静态误差和动态误差进行测量。为保证测量精度,分析了三角交汇法中影响测量精度的因素,确定了最佳测量范围,设计了基于立体视觉的空间位置动态误差测量实验,并分析了测量精度。采用回归分析法和坐标变换原理计算被测特征点的空间位置误差,利用RBF神经网络理论建立误差补偿模型,实现了多目标运动模拟系统空间位置误差的补偿,实验结果表明,补偿后系统精度满足要求。最后,根据多目标运动模拟系统的要求,利用VC++搭建了上位机软件平台,给出软件实现技术、模块化设计方法、软件界面及其主要流程图;利用上位机应用软件和测试软件对实际系统进行动态参数调节与测试,实验结果表明,所设计的系统满足各项技术指标要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究目的和意义
• 1.2 运动控制系统控制技术与理论发展概况
• 1.2.1 运动控制技术的发展概况
• 1.2.2 智能PID控制的发展概况
• 1.2.3 预见前馈控制的发展概况
• 1.3 空间位置误差测量与补偿技术发展概况
• 1.3.1 大尺寸测量技术的发展概况
• 1.3.2 误差补偿技术的发展概况
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 多目标运动模拟系统的设计与实现
• 2.1 引言
• 2.2 多目标运动模拟系统总体结构设计
• 2.3 多目标运动模拟系统控制方案设计
• 2.3.1 多目标运动模拟系统控制系统的组成
• 2.3.2 多目标运动模拟系统控制结构设计
• 2.3.3 多目标运动模拟系统控制方式设计
• 2.4 基于专家控制与预见控制的系统控制器设计
• 2.4.1 被控对象近似模型建立
• 2.4.2 多目标运动模拟系统控制方法研究
• 2.4.3 控制器结构设计与参数整定
• 2.4.4 实验仿真及仿真结果分析
• 2.5 多目标运动模拟系统的实现
• 2.6 本章小结
• 第3章 多目标运动模拟系统空间位置误差测量与补偿方法
• 3.1 引言
• 3.2 基于三角交汇法的空间位置静态误差测量方法
• 3.2.1 三角交汇法数学模型建立
• 3.2.2 测量精度影响因素分析
• 3.2.3 最佳测量范围建立
• 3.2.4 测量不确定度分析
• 3.3 基于立体视觉的空间位置动态误差测量方法
• 3.3.1 特征点三维位置坐标获取方法
• 3.3.2 特征点三维位置坐标计算方法
• 3.3.3 实验设计与测量精度分析
• 3.4 基于回归分析与坐标变换的空间位置误差计算方法
• 3.4.1 运动平面方程回归计算
• 3.4.2 目标运动平面分析方法
• 3.4.3 目标运动参考坐标系建立
• 3.4.4 坐标系变换及空间位置误差计算
• 3.5 基于RBF神经网络的空间位置误差补偿方法
• 3.5.1 RBF神经网络原理
• 3.5.2 补偿模型建立与参数求取
• 3.5.3 补偿模型验证及结果分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 上位机软件平台设计与系统测试结果分析
• 4.1 引言
• 4.2 上位机应用软件平台设计
• 4.2.1 上位机应用软件实现技术
• 4.2.2 上位机应用软件模块化设计
• 4.2.3 上位机应用软件界面设计和主要流程图
• 4.3 多目标运动模拟系统实际测试与结果分析
• 4.3.1 阶跃响应测试
• 4.3.2 正弦响应测试
• 4.3.3 连续运动轨迹测试
• 4.3.4 系统测试结论
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢