定日镜 最优估计 UKF EKF论文.doc

定日镜论文：塔式定日镜姿态角的最优估计【中文摘要】定日镜是太阳能热发电系统中的聚光设备。定日镜的定日精度直接影响着太阳能热发电系统的工作效率。为了提高定日镜的定日精度,可以通过测量方法得到定日镜的误差然后加以补偿来达到提高精度的。本文通过非线性滤波算法对测量数据进行滤波,根据测量数据和建立的定日镜跟日模型估计出实际的定日镜姿态角,以便实现定日镜控制角度的动态补偿,提高定日镜的聚光精度和抗干扰性。文章对扩展卡尔曼滤波(EKF)和无迹卡尔曼滤波(UKF)两种算法进行了研究,根据定日镜姿态角的运动规律以及姿态角与光斑的位置关系建立了系统的状态方程和测量方程。通过大量的仿真实验,对两种滤波算法进行了分析比较,主要工作如下：(1)分析了定日镜自身构造带来的误差影响,建立了带有误差因子的姿态角校正模型,通过仿真结果得到了每个误差源对于反映真实姿态角状态的影响；(2)建立定日镜姿态角滤波器模型。分别进行大量的EKF、UKF的滤波仿真实验,结果表明了UKF滤波算法的优越性；(3)选取电子全站仪作为定日镜姿态角的测量工具,设计了全站仪的测量方案,以此与估计算法数值做比较,验证算法的可靠性。【英文摘要】Heliostat is the concentrating equipment of a concentration solar tower plant. Its concentrating accuracy directly affects the efficiency of a concentration solar plant. In order to improve the accuracy of heliostat, one method is to measure the beam deviation error and to give a proper compensation for the two axes controlling system of the heliostat based on the measurements. Using non-linear filtering algorithm to estimate the pose of a heliostat can give a better compensation for a working heliostat.【关键词】定日镜 最优估计 UKF EKF【英文关键词】Heliostat Optimal Estimation UKF EKF【目录】塔式定日镜姿态角的最优估计摘要4-5Abstract51 绪论8-141.1 课题研究背景和意义8-91.2 滤波理论的发展和现状9-121.2.1 滤波理论的发展9-101.2.2 非线性滤波现状10-111.2.3 电子全站仪简介11-121.3 论文主要任务与工作12-142 滤波原理和方法14-362.1 经典卡尔曼滤波理论14-192.1.1 离散卡尔曼滤波14-182.1.2 离散卡尔曼滤波的特点18-192.2 扩展卡尔曼滤波算法19-262.2.1 非线性滤波的线性化滤波方法19-232.2.2 非线性系统的离散扩展卡尔曼滤波23-252.2.3 扩展卡尔曼存在的问题25-262.3 无迹卡尔曼滤波算法26-342.3.1 Unscented变换26-312.3.2 Sigma点的采样策略31-322.3.3 无迹卡尔曼滤波原理32-342.4 滤波器误差分析34-352.5 本章小结35-363 定日镜的误差分析与建模36-453.1 定日镜运动规律36-383.2 定日镜姿态角修正模型38-443.2.1 定日镜误差因素分析38-413.2.2 定日镜误差建模41-423.2.3 误差源的影响42-443.3 本章小结44-454 定日镜姿态角的最优估计滤波器45-534.1 定日镜姿态角的估计模型45-474.1.1 系统模型建立45-464.1.2 测量模型的建立46-474.2 仿真结果47-524.3 本章小结52-535 定日镜姿态角的测量53-605.1 电子全站仪的测量模