玻璃封装医用小型光纤光栅温度传感探头

针对体内测温、特别是肿瘤热疗体内温度实时监测对温度传感探头的体积、韧性和抗电磁干扰能力的要求,对医用小型光纤光栅温度传感探头进行了研究。提出了利用玻璃管封装短光纤布拉格光栅来有效避免应力引起的误差以及金属封装对电磁场分布的影响,同时提出用医用聚氨酯套管包裹探头及光纤来有效地保护探头及光纤并使其具备很好的韧性。封装后,探头截面直径为1mm、长度约为4mm。实验测量了稳定温度源在不同温度下探头的反射波长响应和温度变化时探头的响应时间,并测量了医用热疗机加热猪肉时肉内部的温度变化过程。结果表明,体温范围内探头反射波长与温度的线性相关系数可达0.999 95,温度传感精度为0.2℃,探头最大响应时间约为4s,并能实时监测医用热疗机加热猪肉时其内部的温度变化。     

永磁同步电机有限时间预设性能控制

为实现扰动作用下对永磁同步电机角位置伺服系统的高瞬态和稳态跟踪性能控制,本文提出一种具有预设性能约束的有限时间控制方法.首先,设计扰动观测器实现对负载力矩扰动的估计与补偿.其次,引入有限时间预设性能函数以保证角跟踪误差的动态性能,并通过可逆变换将受不等式约束的角位置跟踪误差转换为等效的无约束误差形式.然后,将有限时间指令滤波反步法应用于控制器设计中,不仅可以避免“微分爆炸”的现象,而且能够保证跟踪误差的有限时间内收敛.最后,通过仿真实验验证了该算法的有效性和对扰动的鲁棒性.     

具有PID反馈增益的自主水下航行器反步法变深控制

本文针对海底地形测绘时自主水下航行器(autonomous underwater vehicle,AUV)的变深控制问题,提出具有PID增益调节的AUV深度控制方法,基于反馈增益的反步法设计控制器,避免了采用传统反步法导致控制器中存在虚拟控制量的高阶导数问题;基于李雅普诺夫稳定性理论设计控制器参数消除了部分非线性项,得到的控制器的线性部分为状态变量的线性组合,具有PID控制器参数调节的形式;针对存在建模不精确、外界干扰和测量噪声时的闭环系统鲁棒性进行分析,保证了误差系统在扰动作用时的一致最终有界性.最后通过仿真实验验证了本文设计的控制器的有效性.     

欠驱动水下航行器三维直线航迹跟踪控制

针对欠驱动水下航行器的三维直线航迹跟踪控制问题,基于虚拟向导建立了三维航迹跟踪误差模型,采用反馈增益反步法设计航迹跟踪控制器,通过合理选择控制器参数消除了部分非线性项,与传统反步法设计相比简化了虚拟控制量的形式,并且能够避免基于视线法设计导引律时存在固有奇异值点的问题.基于李雅普诺夫稳定性理论分析了闭环跟踪误差系统的渐近稳定性.最后将设计的控制器应用于欠驱动水下航行器进行仿真实验,结果表明控制器具有精确的三维航迹的跟踪能力,并对外界干扰和模型参数不确定性具有较好的鲁棒性.     

基于粒子群优化的自适应模糊制冷控制算法

为解决空间斯特林制冷机和探测器热负载不确定及存在变化的问题,提出了自适应模糊PID制冷控制。在空间环境中使用的斯特林制冷机参数会随着时间的变化而发生改变,探测器负载也会随着工作模式和工作时间的变化而变化,整个制冷系统涉及的变量多,参数非线性。采用传统的控制方法,在固定的单一条件、环境下得到的控制参数,环境和负载发生变化后容易性能变差甚至不稳定,控制精度和稳定性不能满足使用要求。设计了一种自适应斯特林制冷机控制器,通过综合自适应模糊PID控制的方法,采用粒子群优化算法调整控制参数以减小代价函数。通过仿真和试验验证算法的有效性和鲁棒性。     

基于滤波反步法的欠驱动AUV三维路径跟踪控制

研究了欠驱动自主水下航行器 (Autonomous underwater vehicle, AUV)的三维空间路径跟踪控制问题.针对基于虚拟向导建立的三维路径跟踪误差模型, 采用滤波反步法设计跟踪控制器,通过二阶滤波过程获得虚拟控制量的导数, 避免了直接对虚拟控制量解析求导的复杂过程, 同时滤除了高频测量噪声, 增加了系统对噪声的鲁棒性.通过设计滤波误差补偿回路, 保证了滤波信号对虚拟控制量的逼近精度.基于李雅普诺夫稳定性理论设计鲁棒项, 保证了闭环跟踪误差系统状态的渐近稳定.仿真结果表明了该控制器对噪声干扰具有一定的鲁棒性, 能够实现对三维路径的精确跟踪.     

基于反馈增益反步法的非完整约束移动机器人路径跟踪控制

为实现非完整约束轮式机器人的路径跟踪控制,采用虚拟向导方法建立跟踪误差方程,基于李亚普诺夫稳定性理论,设计了一种基于反馈增益的反步法控制器,既能通过控制反馈增益的调节补偿机器人动态误差模型中的非线性项对系统的影响,又能避免传统反步法控制器中存在虚拟控制的高阶导数的问题。仿真结果表明:设计的控制器参数易于调节,可实现轮式移动机器人对任意曲线路径的精确跟踪。     

基于反馈增益的AUV稳定神经网络反步变深控制

为解决自主水下航行器的变深控制问题,提出一种基于反馈增益的反步控制方法.首先,通过设计控制器参数消除部分非线性项,在保证系统稳定性的同时设计神经网络控制器来补偿纵倾运动中的模型不确定性;然后,通过自适应鲁棒控制器对神经网络的逼近误差予以消除,以加快神经网络的收敛学习速度,神经网络权值和逼近误差估计的学习律可由李雅普诺夫稳定性理论推导得出,保证了闭环系统的一致最终有界性;最后,通过仿真实验验证了所提出方法的有效性.     

基于滤波反步法的三相永磁同步电机伺服控制

为解决永磁同步电机的角度伺服控制问题.基于dq轴坐标系建立的电机控制模型,采用滤波反步法设计位置伺服控制器,通过稳定二阶滤波过程逼近虚拟控制量的导数,避免了常规反步法中对虚拟控制量解析求导的繁琐过程.通过设计滤波误差补偿环节,保证了滤波器输出信号对输入信号的跟踪精度.基于李雅普诺夫稳定性理论设计鲁棒项,保证了闭环跟踪误差的稳定性,并采用粒子群算法对控制器参数进行优化.最后,通过仿真实验结果表明了该算法的有效性,且具有较高的跟踪精度.     

输入受限下自主水下航行器路径跟踪的级联控制

针对自主水下航行器的路径跟踪控制问题,首先,将基于路径坐标系和虚拟向导概念建立的跟踪误差方程转换成一种新的级联系统表示形式,该级联系统由一个位置误差名义系统和与之级联的速度和航向误差子系统组成,与常规控制器求解相比,解耦了位置误差与速度和航向误差子系统;其次,利用滤波反步法对速度和航向子系统进行求解,避免了反步法对虚拟控制量解析求导引起的“计算膨胀”的不足,并通过构造辅助系统对滤波误差和输入受限下的控制量残差进行补偿,基于李雅普诺夫稳定性理论保证了速度和航向子系统的有界收敛;再次,通过级联系统理论证明闭环跟踪误差系统所有信号的一致最终有界;最后,通过仿真实验验证所提级联控制的有效性.