基于两自由度压电驱动快反镜的星光跟踪控制

为了抑制各种动态干扰对天文望远镜星光观测系统成像质量的影响,建立了基于两自由度压电驱动快反镜的星光跟踪控制系统。控制系统在采用前馈控制补偿压电执行器的迟滞非线性的基础上,构建比例积分微分(PID)反馈控制以增强系统的抗干扰能力。建立了相应的实验系统对该控制系统的有效性进行实验验证。实验结果表明,基于两自由度压电驱动快反镜的星光跟踪控制系统使天文望远镜的最大跟踪误差降低了78.3%。因此,该文建立的星光跟踪控制系统能有效地提高天文望远镜的成像质量。     

倾斜镜系统动态耦合数学模型的建立方法

主要探究了在传感器采样频率较高(如高速相机、位置传感器)、倾斜镜动态特性不可忽略的情况下,如何基于实验数据建立开环倾斜镜系统的动态耦合数学模型的问题。分析了系统的动态特性以及输入与输出之间的耦合,提出了基于倾斜镜系统的输入输出数据、采用子空间辨识算法建立倾斜镜系统动态耦合数学模型的方法,并通过实验评估了模型的准确性和建模方法的可行性。实验结果显示,通过该方法所建立的倾斜镜动态耦合模型的VAF值达到95%,模型准确性相比传统的静态模型有了很大提高,验证了建模方法的可行性。研究成果可用于闭环倾斜镜系统优化反馈控制器的设计,提高系统对于光束偏移矫正的性能。     

压电倾斜镜精密跟踪控制技术研究现状与发展

研究了广泛用于空间激光通信、自适应光学、目标捕获跟踪等领域的压电倾斜镜光束跟踪控制技术。考虑到压电倾斜镜光束控制系统易出现跟踪精度不高、闭环带宽有限,甚至不稳定等问题,亟需对控制系统跟踪精度和动态响应性能等方面进一步研究和探索。首先介绍了国内、外压电倾斜镜的研制及其控制系统的构成,然后综合讨论了迟滞、谐振、其他干扰等限制压电倾斜镜跟踪性能提高的关键因素,并对各种方法进行了分析和比较。研究表明,目前多数研究结果只实现了部分性能的提高,缺乏对存在问题的系统性研究,尚难以在较宽的频带内实现压电倾斜镜(PFSM)高精度稳定控制。该文指出,采用系统化建模和现代智能控制算法是进一步提高压电倾斜镜控制系统综合性能的发展方向。     

微驱动器的压电-弹性耦合分析(英文)

压电弹性耦合结构是实现MEMS微流体驱动的一种重要方式,掌握压电-弹性振动的耦合机理是微流体驱动协调控制的关键。针对压电与硅膜耦合微驱动结构,基于压电效应和弹性薄板理论,采用Rayleigh-Ritz能量法建立了周边固支边界条件下,弹性振动硅膜与压电驱动膜片耦合振动的理论模型,推导并计算了该微驱动结构的耦合振型及谐振频率。基于激光测振仪进行了该压电微驱动结构的振动测试实验,经实验模态分析获得了实测的谐振频率。理论计算结果与实验测试结果的对比分析表明,两者基本相符,验证了理论分析模型的正确性,为MEMS微流体的驱动与控制提供了一定的理论基础和实验依据。     

压电陶瓷驱动系统的设计与研究

针对光刻机投影物镜中使用压电陶瓷对像质补偿镜组进行精密定位控制的需求,设计一种压电陶瓷驱动系统,并着重对其精度性能进行了分析与研究。首先对系统进行了误差项分解,然后对各误差项进行详细的理论计算,最后将所有误差项的影响按最差情况合成,所得结果满足设计要求。进而试制了系统样机,并对其性能进行实验验证,结果表明,压电陶瓷驱动系统的误差不超过80 mV,与理论分析的结果符合,满足压电陶瓷驱动系统的设计指标。     

机载布撒器自动驾驶仪H∞鲁棒控制的设计与仿真

机载布撒器具有系统参数变化大、强耦合等特点,按照传统控制理论设计的倾斜转弯导弹自动驾驶仪通常采用各控制通道独立设计的方法,依靠协调补偿控制减缓通道耦合和侧滑角,但这种设计方法抗系统参数变化和干扰的能力较差.根据布撒器中制导飞行的特点,基于H∞反馈控制理论给出了基于过载误差描述的系统状态方程,将控制通道之间的耦合因素看作有界干扰设计了一种与传统控制器同样简单易行的控制器.仿真结果表明,依此方法设计的控制器协调性好,鲁棒性强,动态品质和稳态精度高.     

基于MEMS陀螺仪及压电微摆镜的光机电联合稳像技术

针对光电平台抖动造成图像平移和旋转导致图像模糊的问题,研究了一种基于MEMS陀螺仪和压电微摆镜的光机电联合稳像实验系统,主要包括MEMS陀螺仪及控制器、压电微摆镜及控制系统和上位PC机后处理系统等.通过位于可见光摄像机上的MEMS陀螺仪及控制器的Kalman滤波获取当前帧相对参考帧的旋转角度,PC机同步采集摄像机的视频图像并计算出图像旋转量进行补偿;采用二维灰度投影法对图像二维偏移量进行估计,分离意向运动和随机抖动,得到抖动偏移量,控制成像光路中的压电陶瓷微摆镜进行光机补偿校正;进一步结合参考图像采用数字稳像方法进行第2次偏移量补偿,实现了对偏移量的大范围和高精度校正,得到清晰图像.实验表明:该系统对角度的稳像精度小于0.4°,对二维平移的补偿精度达到1个像素,图像帧频达到25 fps,可对存在平移和旋转的抖动图像进行有效的校正.     

压电微动杆迟滞动力学建模与鲁棒控制研究

压电微动杆作为光学设备主动调焦系统的关键设备,会因压电迟滞非线性及复杂机电耦合效应严重影响其位移输出精度,进而影响光学设备的性能。为实现压电微动杆的高精度控制,建立了压电微动杆的多场耦合迟滞动力学模型。在此基础上,对压电微动杆设计鲁棒H_∞反馈控制和逆Bouc-Wen前馈控制构成鲁棒复合控制器,在保证系统鲁棒性的同时补偿压电迟滞影响,提高控制精度。最后设计压电微动杆实验系统进行跟踪实验验证,结果表明所设计的鲁棒复合控制方法能够实现压电微动杆的高精度位移控制。     

基于干扰观测器的解耦控制算法

针对多变量系统之间的耦合问题,设计了一种干扰观测器与PID控制器相结合的多变量解耦控制器。而且干扰观测器可以对实际对象与名义模型之间的差异在控制中进行等量的补偿。用MATLAB软件对一个耦合系统模型进行仿真实验,结果表明加入干扰观测器的控制算法对抑制噪声和其他变量的耦合干扰有显著效果。     

可见光/近红外成像系统共轴折叠反射镜干涉检测技术(特邀)EI北大核心CSCD

由共用镜坯、径向折叠的多个环带反射镜组成的成像系统具有紧凑化、免装调的特点。为确保各反射镜的面形精度和相互位姿精度,提出了计算全息(Computer Generated Hologram,CGH)补偿干涉测量方法。针对可见光/近红外成像需求,基于共轴折叠思路设计了环带四反射镜成像系统;应用金刚石车削工艺加工了多环带共体反射镜;重点针对其中共体的主镜、三镜和次镜、四镜分别设计了CGH补偿器,通过合理选择离焦载频和CGH轴向位置,有效分离了干扰衍射级次的鬼像,实现了多个反射镜面形与相互位姿误差的同步检测。干涉测量结果表明,多个反射镜同时达到接近零条纹状态,面形精度和相互位姿精度较高,且无鬼像干扰。系统对100 m远处目标探测实验表明,反射镜不需要额外装调即可实现良好成像,具有集成度高、研制周期短、成像质量高的优点。     

振动对空间光-光纤耦合效率影响及补偿实验研究

利用现有成熟光纤通信技术是目前卫星光通信技术的重要发展方向,但需首先解决空间光-光纤耦合这一关键问题。文中对卫星平台振动对空间光-光纤耦合效率的影响进行了理论分析;在此基础上针对卫星光通信终端,建立以CCD 为探测器,高速偏转镜为补偿器件的卫星平台微振补偿系统,并进行了实验研究。实验结果表明:所采用的基于反馈控制技术的主动补偿系统能有效地抑制低频振动。在振动频率介于1～50 Hz,振动幅度介于75～300 rad 之间时,补偿系统对耦合效率的最大改善率可达54.73%,验证了补偿方案的可行性及有效性,为在卫星光通信系统中应用各种光纤通信技术打下基础。     

微天平用无铅压电体谐振频率温度补偿研究

针对现有催化燃烧式瓦斯传感器气体选择性差等不足,试制研发无铅压电式微天平传感器。但压电陶瓷固有的频率-温度系数特性,使其谐振频率出现漂移,影响精度。故依据压电陶瓷及器件结构特征,对其谐振频率特性进行补偿,以满足谐振器高精度、高稳定性等实际需求。通过有限元分析与试验方法确定了NKBT无铅压电陶瓷典型谐振体在获得单一谐振频率时的主要尺寸比例关系;然后基于实验测试结果,建立了频率温度漂移量与温度的函数关系,计算出频率温度系数,并利用试验检测了其精确性;最终通过推导获得了无铅压电陶瓷NKBT的补偿算法,该算法可以对微天平测量系统进行补偿。结果表明,对于两种压电振子,线性函数关系具有较好的效果,补偿后径向伸缩振动和横向伸缩振动谐振频率的相对误差分别为5.5%和6.8%,补偿效果良好。     

应用于快速倾斜镜的压电陶瓷驱动电源

压电陶瓷致动器具有体积小、推力大、高频响和分辨率高等特点,广泛应用于精密制造、光学仪器、振动控制等领域。为提高压电陶瓷型快速倾斜镜的控制精度和稳定性,根据压电陶瓷致动器对其驱动电源的要求,设计了一种基于高压运算放大器PA96的驱动电源。介绍了该电源电路的基本原理,并对放大器的外围电路进行了稳定性设计。最后通过实验测试表明,该电源线性度大于99%、静态纹波小于10mV、动态性能稳定,能够达到自适应光学系统中快速倾斜镜的控制要求。     

基于L_2干扰抑制的压电换能器控制

为了降低压电元件运行中的干扰对超声波发声系统的影响。首先通过类比压电振动模型与压电等效电路模型,得到了可反映压电振动状态的的压电等效电路微分方程,基于线性分式变换(LFT)构建了考虑元件干扰的压电换能器状态模型。然后分析整合状态空间模型,将系统各个干扰整合视为系统扰动,得到含有系统扰动的线性状态空间模型;最后基于L2干扰抑制理论设计系统的反馈控制律。结果表明,仿真系统在存在符合白噪声分布的干扰的情况下,控制律使系统运行状态良好。     

压电柔性结构形状复合控制方法研究

以宏纤维复合材料(MFC)驱动柔性悬臂结构为研究对象,着重开展其动态形状控制理论研究。基于有限单元法、均匀化理论和载荷比拟方法,建立了压电驱动层合结构力 电耦合动力学方程,并结合模态降阶法得到其状态空间形式控制模型。同时,针对压电材料作动器迟滞蠕变非线性特征对控制精度影响严重的问题,开展了依据实验数据的迟滞蠕变建模及其前馈逆补偿控制方法的研究,并构建了面向压电驱动柔性结构动态形状控制的迟滞 蠕变前馈补偿与自抗扰反馈控制相结合的复合控制系统。结果表明,该复合控制法能够在保证系统稳定性的前提下有效提高系统动态形状控制精度。     

水冷式双压电晶片自适应镜激光光学元件

提出水冷式双压电晶片自适应铜镜和钼镜以补偿输出功率高达１５ＫＷ激光系统的大规模光学象差，报道所研制的水冷式双压电晶片反射镜特性的研究结果，实验结果和计算机模拟结果进行了比较。提出和讨论了双压电晶片面前途的设计方案。     

双层屏蔽腔内线缆负载电磁耦合的EMT分析方法

电磁拓扑分析方法将一个复杂系统的求解问题等效成许多子系统问题的求解,能够有效降低复杂电子系统电磁干扰问题求解的难度。本文针对双层屏蔽腔内辐射源对传输线电磁干扰求解问题,提出了一种计算腔内电偶极子辐射源对传输线负载电磁耦合的电磁拓扑分析方法。阐述了双层屏蔽腔内传输线耦合机理,建立了腔内传输线负载电磁干扰的电磁拓扑图和信号流图。根据腔体本征模理论、Bethe 理论以及BLT 方程,得到了传输线负载干扰电压。结果表明本文方法能够准确计算腔内干扰源对传输线负载干扰,且计算效率高,占用内存少。     

LTE与WCDMA系统共站的干扰分析

分析不同系统间的干扰,确定性分析方法相较蒙特卡罗静态仿真法简单,通过计算2个系统间的最小耦合损耗确定系统间的干扰情况,特别适合2个基站的干扰分析。采用确定性分析方法,研究了LTE和WCDMA系统共站的干扰共存问题,计算出隔离度要求,并提出减小干扰的方法。     

TD—LTE室内分布系统干扰研究

论文研究了TD-LTE与TD-SCDMA以及GSM等室内分布系统之间的共存干扰问题,基于最小耦合损耗确定性分析方法,分析了多系统之间干扰隔离度要求,提出了TD—LTE与TD—SCDMA、GSM等室内分布系统共存的干扰规避措施。     

基于随机并行梯度下降算法的湍流像差校正仿真

随机并行梯度下降(SPGD)算法可不依赖波前探测直接优化系统性能指标来校正畸变波前.建立了基于随机并行梯度下降算法控制的61单元湍流校正仿真模型,实现了通过该算法控制倾斜镜和变形镜对湍流引起的像差的校正.结果发现,该算法能够找到补偿湍流像差所需的倾斜镜和变形镜的最优面形.采用SPGD算法控制,倾斜镜校正后,远场光斑质心...