为了进一步提高光电跟踪系统的目标捕获和跟踪性能, 提出了一种基于变增益趋近律的级联滑模控制方法。基于反双曲正弦函数和幂次项设计了新型变增益滑模趋近律, 在提高滑模面趋近速度的同时抑制滑模抖振现象; 基于变增益滑模趋近律设计速度环和位置环滑模控制器构成级联滑模控制, 以提高系统的动态响应性能和鲁棒性, 提高系统对目标的捕获能力和跟踪精度。最后, 以某球形光电跟踪系统的方位轴作为控制对象, 进行了传统级联PI控制和级联滑模控制方法的对比分析。实验结果表明, 相比于传统级联PI控制, 捕获速度为1 (°)/s的目标时, 级联滑模控制可以将目标捕获时间减小32%; 跟踪等效最大速度为4 (°)/s和最大加速度为2 (°)/s2的正弦引导信号, 可将跟踪误差RMS值减小31%, 采用级联滑模控制可有效提高跟踪系统的控制性能。

为了提高永磁同步电机转速伺服系统的性能, 抑制转矩脉动对控制系统的影响, 提出了滑模控制与迭代学习控制相结合的鲁棒迭代学习控制方法(RILC)。设计了迭代学习控制器抑制周期性转矩脉动, 提出了滑模控制器提高系统的抗扰动性能, 保证系统强鲁棒性及响应快速性。实验结果显示, 电机以900 r/min的速度运行时, 采用鲁棒迭代学习控制可将速度脉动6次谐波幅值由0.89降低到0.56; 加入0.5 N·m的负载扰动后, 转速波动最大值为22 r/min, 比PI-迭代学习控制法得到的值减小了1.8%。电机以60 r/min运行时, 采用鲁棒迭代学习控制可将速度脉动6次谐波幅值由4.87降低到0.45; 加入0.5 N·m的负载扰动的, 转速波动最大值为24 r/min, 比PI-迭代学习控制法得到的值减小了23%。得到的结果表明, 鲁棒迭代学习控制方法可有效抑制转矩脉动, 同时可提高永磁同步电机转速伺服系统的鲁棒性和动态响应性能。

为了增强大口径望远镜跟踪架伺服控制系统的抗扰动性能, 提高其低速跟踪精度, 提出了基于扰动力矩观测器的力矩补偿方法。该方法采用改进的加减速法控制转台的加减速时间, 使得望远镜转台微震; 通过测量电机的速度和电流响应曲线, 辨识获得望远镜转台的转动惯量。然后, 设计了望远镜转台的加速度估计器, 根据编码器位置反馈数据, 采用双积分和PD控制的方法, 估计出当前系统的加速度。最后, 基于转动惯量辨识和加速度估计, 设计了扰动力矩观测器, 根据电机的电流和转台的加速度, 计算出外部的扰动力矩, 并将扰动前馈补偿到电流控制器的输入端, 以修正电流输入参考值。在2 m望远镜控制系统中对扰动观测器的性能进行了实验验证, 结果表明, 加入扰动力矩观测器补偿后, 在跟踪斜率为0.36 (″)/s的位置斜坡时, 跟踪误差值(RMS)由0.012 7″减小到0.007 3″; 相比未加入扰动力矩观测器的补偿方法, 望远镜的低速跟踪抖动明显减小, 提高了伺服系统的低速跟踪精度, 实现了对目标的平滑、稳定跟踪。

针对扰动对永磁同步电机转速伺服系统性能的影响, 提出了基于扰动观测器的电流环自适应滑模控制方法。设计了自适应律在线估计系统的内部参数摄动以补偿模型不确定性扰动。同时, 设计了滑模扰动观测器实时估计系统外部负载扰动, 并将观测值前馈补偿到电流环自适应滑模控制器, 在提高系统鲁棒性的同时降低滑模控制系统的抖振。实验结果显示, 采用基于扰动观测器的电流环自适应滑模控制方法, 系统可快速、准确、无超调地跟踪900 r/min的速度指令, 调节时间为0.08 s, 稳态误差为±5 r/min。加入0.6 N·m的负载扰动, 该控制方法的最大转速波动为21 r/min, 比PI控制方法的转速波动减小了3.4%。仿真和实验结果表明, 基于扰动观测器的电流环自适应控制方法提高了永磁同步电机转速伺服系统的鲁棒性和动态响应性能, 同时可有效抑制滑模控制系统的抖振。

为了提高望远镜控制系统的闭环带宽和动态性能, 研究了结构滤波器对控制系统闭环性能的影响。根据望远镜机械跟踪架的弹簧质量模型推导了系统的传递函数, 分析了电机和负载转动惯量与谐振频率的关系, 设计了基于系统开环频率特性的结构滤波器。将设计的结构滤波器串联入控制回路, 用于减小机械谐振的幅值。介绍了结构滤波器的设计方法, 以及加入结构滤波器后对控制系统闭环性能的影响。最后, 在2 m望远镜跟踪架转台上进行了验证实验。结果表明, 加入结构滤波器后系统的闭环带宽由10 Hz提高到了13 Hz, 有效地抑制了速度的稳态谐振, 提高了望远镜控制系统的速度跟踪性能。得到的实验结果验证了结构滤波器能够有效地提高系统的动态性能。

为了提高永磁同步电机驱动的大型望远镜转台的低速跟踪性能, 设计了自适应滑模控制器以实时抑制系统的参数不确定性和外部扰动对系统的影响。为了优化控制器参数和缩短控制系统的调试周期, 辨识出了转台控制系统的控制模型, 同时建立了系统内部的非线性因素模型, 综合上述模型对系统进行了集成仿真。仿真和实验结果证明了所设计的自适应滑模控制器对系统参数不确定性、外部扰动和噪声具有较好的鲁棒性, 对望远镜转台的低速控制效果良好。

场致发射阴极作为重要的电子源之一，在真空电子器件的发展进程中扮演了重要的角色。在与固态器件的竞争中，真空电子器件朝大功率高频方向持续发展，场致发射阴极的应用使其在器件尺寸、可靠性、功耗和工作频率等方面具备了较大的改进空间。本文综述了近年来大电流场致发射阴极技术进展，特别介绍了碳纳米管场致发射阴极的发展。试验表明在直流测试条件下，该类型场致发射阴极发射电流密度已可达到A/cm² 量级，且可以实现长寿命高稳定发射，未来在场致发射阴极微波放大器、自由电子激光器和新型中子源等方面将有广泛的应用前景。

为获取农田土壤重金属精确空间分布信息, 以某污灌区52个土壤全量镉、 有效镉含量为目标变量, 以土壤一阶微分光谱为辅助协同变量, 采用协同克里格法, 进行空间变异及插值研究。 结果表明, 土壤反射光谱相对有机质、 氧化铁等单一土壤环境变量, 能反映更多土壤表面属性信息, 与土壤镉含量表现出更高显著相关性; 选择其一阶微分光谱作为协同变量, 进行Cokriging插值, 与普通Kriging和以有机质、 氧化铁等协同变量的Cokriging插值结果相比较, 估测精度明显提高。 以土壤光谱作为辅助变量, 能大大提高土壤重金属插值精度, 获取更精确空间分布信息, 而且相对常用协同变量, 具有测定简单、 省时、 无损等优点, 是提高土壤重金属空间插值的理想辅助因子。

针对砖瓦自动码坯中人工值守效率低、劳动强度大以及易漏检等问题，提出基于机器视觉的坯体异常自动检测与识别方法。分别采集分坯机和窖车上的坯体图像，采用改进的准十字中值滤波进行降噪处理；利用Canny算子提取坯体边缘；在分析坯体外形结构特点的基础上，采用极角约束的Hough变换对坯体纵向边缘直线段进行检测，提取每列坯体纵向完整度和横向宽度两个特征量对坯体进行异常识别。实验结果表明：在单层码坯和多层码坯方式下对掉坯、坯体错位和坯体倾斜的平均识别正确率为98.2%。能满足自动码坯系统中烧结普通砖坯体异常自动检测与识别的需求。