探讨神经网络基于视觉智能柔性结构振动测量及制约结论

论文导读：
摘要：近年来，航天器承担的任务的复杂性不断增加，航天器朝着低刚度、柔性化、大型化的走势进展，柔性结构在航天器中运用越来越广泛。柔性结构阻尼小、模态频率低，在受到外部扰动或航天器机动、转向等动作时，很容易产生持续时间很长的低频大幅值振动，降低航天器的稳定性，影响航天器的指向精度及各种精密仪器的正常工作。长期的振动，会引起结构部件的磨损，使结构产生疲劳损伤，影响结构的寿命，甚至会使航天器失稳，造成毁灭性的灾难。由此，为保证航天器和柔性结构的正常工作，必须测量、浅析和有效地制约柔性结构的振动。本论文针对柔性结构振动的测量和制约不足展开探讨，以压电智能柔性结构为探讨对象，进行结构有限元法建模、机器视觉振动测量和振动主动制约探讨。主要探讨工作包括：有限元建模、机器视觉测量、基于RBF神经网络在线整定PD制约器参数的数值仿真浅析、基于机器视觉的柔性结构振动测量及主动制约实验探讨。首先利用Hamilton原理，分别采取两节点梁单元和四节点矩形板单元，推导压电智能柔性结构的动力学方程，并进行模型降阶。其次，进行机器视觉测量柔性结构弯曲和扭转振动的探讨，提出测量弯曲和扭转振动的图像处理策略。然后，利用前面建立的柔性结构动力学方程，将其表达为标准状态空间方程的形式，利用RBF神经网络在线整定PD制约器参数的算法，运用MATLAB软件进行柔性结构振动主动制约数值仿真探讨。基于上面陈述的论述浅析和机器视觉振动测量的探讨结果，建立了基于机器视觉的柔性结构振动测量及主动制约实验平台，并在该实验平台上进行振动测量及制约实验探讨。实验结果表明，提出的机器视觉测量策略能准确地测量柔性结构的振动，采取的主动制约算法可以快速、有效地抑制结构的振动，验证了建立的有限元模型的合理性、机器视觉振动图像处理识别策略对振动测量和RBF神经网络整定PD制约器参数的算法对振动制约和参数调节的有效性和可行性。关键词：压电智能柔性结构论文有限元建模论文机器视觉论文RBF神经网络论文振动主动制约论文
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Abstract6-11
第一章 绪论11-24

1.1 课题来源11

1.2 课题探讨的背景和作用11-14

1.3 国内外探讨近况14-22

1.3.1 智能材料结构探讨近况14-16

1.3.2 智能材料结构建模探讨近况16-18

1.3.3 结构振动测量探讨近况18-19

1.3.4 智能柔性结构制约探讨近况19-22

1.4 本论文的主要内容22-24

第二章 压电智能柔性结构建模24-44

2.1 压电智能柔性结构24-25

2.2 基本力学浅析及 Hamilton 原理25-27

2.1 材料力学特性25-26

2.2 压电材料力电耦合特性26-27

2.3 Hamilton 原理27

2.3 采取梁单元进行有限元建模27-32

2.3.1 形函数28-29

2.3.2 梁单元有限元浅析29-32

2.4 采取板单元进行有限元建模32-41

2.4.1 形函数33-35

2.4.2 四节点矩形单元有限元浅析35-41

2.5 整体结构动力学方程41-43

2.5.1 动力学方程41-42

2.5.2 模型降阶42-43

2.6 本章小结43-44

第三章 机器视觉振动测量44-82

3.1 机器视觉振动测量及制约系统44-45

3.2 相机系统的标定45-52

3.

2.1 图像坐标系、相机坐标系与世界坐标系45-47

3.

2.2 线性相机模型47-49

3.

2.3 参数确定49-52

3.3 图像文件格式52-54

3.4 图像预处理54-59

3.4.1 图像 ROI 选取54-55

3.4.2 图像滤波55-59

3.5 图像分割59-73

3.5.1 基于边缘的分割59-62

3.5.2 阈值分割62-66

3.5.3 修正初步提取的目标物66-69

3.5.4 两种策略的性能比较69-73

3.6 振动信息提取73-81

3.6.1 振动位移测量73-74

3.6.2 扭转角测量74-81

3.7 本章小结81-82

第四章 振动主动制约仿真82-100

4.1 压电智能柔性结构状态空间方程82-86

4.2 振动主动制约系统86-87

4.3 振动主动制约算法87-96

4.

3.1 常规 PID 制约算法87-88

4.

3.2 RBF 神经网络制约88-96

4.4 振动主动制约仿真96-99

4.5 本章小结99-100

第五章 振动主动制约实验探讨100-113

5.1 振动测量及主动制约系统硬件100-102

5.2 振动测量及主动制约系统软件102-107

5.3 振动测量及主动制约实验107-112

5.

3.1 弯曲振动测量及主动制约107-110

5.

3.2 柔性板扭转振动测量110-112

5.4 本章小结112-113
总结与展望113-115
全文工作总结113-114
今后的探讨方向和展望114-115
参考文献115-125
攻读硕士学位期间取得的探讨成果125-126
致谢126-127
附件127