基于改进布谷鸟算法的Stewart平台精密标定研究

论文摘要

空间相机主、次镜之间的位姿误差对成像质量影响重大。次镜调整机构常采用Stewart平台的形式,而Stewart平台标定是提高该机构定位精度的主要手段。本文围绕Stewart平台标定中涉及的数学建模,误差分析,标定算法等环节进行了阐述与仿真分析,并通过标定实验与精度测验实验对整体标定方案进行验证。首先,依据空间向量法建立逆运动学模型,使用迭代优化法建立正运动学模型,并仿真验证了正解模型的正确性;通过构建残差函数将标定问题转化为有界的参数优化问题,并建立优化模型。其次,对运动学模型参数耦合性进行分析,并据此选择标定后平台的定位精度作为标定质量的评价标准;对基于激光跟踪仪的位姿测量方案进行误差分析,阐述了测量误差与坐标系偏差的关系;对待标定的运动学参数进行了相关性分析,将待标定参数维度由传统的42个降至36个,并通过仿真说明了参数降维的合理性。为提高标定优化问题的求解精度,对布谷鸟算法进行了融合单纯形法,加入自适应步长处理,加入限界处理等三项改进,在仿真环境下验证了上述算法改进的有效性。将SMCS算法和VSA-SMCS-TH算法应用于标定仿真,在初始最大误差532.07μm和374.02"的情况下,基于两种算法的参数补偿分别使位姿误差降低了143.8倍和1368.9倍,该结果证明VSA-SMCS-TH算法可适用于高精度标定。最后,对次镜调整Stewart平台样机进行标定实验与精度测验实验。标定实验结果显示:当位姿采样点包括六自由度广义位移的全部正负组合时,可保证标定结果在全行程区域有效;标定后,位姿采样点处的最大位移误差由16.94μm降为7.62μm,精度提高了1.22倍,最大转角误差由123.84"降为8.83",精度提高了近15倍;且非采样处误差与采样点处误差具有相同的数量级。此结果表明,本文研究中的标定方案能有效提高平台定位精度,且标定结果在全工作空间内有效。精度测验实验结果表明,在1mm,0.2°的运动行程内,平台单自由度的定位精度为9.8/1.59/3.41μm,0.8/1.2/2.1",该结果间接说明了本文标定的全行程区域有效性和精准性。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王瀚

导师: 曹小涛

关键词: 空间相机,平台,优化标定,布谷鸟算法

来源: 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 天文学,仪器仪表工业

单位: 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)

基金: 空间望远镜研究项目

分类号: TH75

总页数: 80

文件大小: 3892K

下载量: 137

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标签：空间相机论文;  平台论文;  优化标定论文;  布谷鸟算法论文;