针对因压电陶瓷固有的迟滞特性降低了压电陶瓷平台定位精度问题，该文提出一种基于前馈补偿的复合控制系统。首先建立前馈模型，提出并应用一种分段式的Prandtl-Ishlinskii模型，增加拟合精度，同时避免了复杂的求解过程，并求出迟滞逆模型，其建模误差率可达0.69%; 其次，对反馈回路设计了串联比例-积分(PI)数字电路、正弦激励电路及电容转换电路，进一步提高了压电陶瓷定位平台的控制精度。根据国标GB/T 38614—2020的测试标准进行实验测试，结果表明，在设计的复合控制系统控制下，压电陶瓷定位平台正、反向重复定位精度分别为0.013 1 μm和0.015 5 μm，准确度为0.033 5 μm，在计算出反向差值后得出迟滞误差为0.013%。与仅有前馈控制相比，其控制精度提高了79.57%。

针对压电陶瓷(PZT)位移平台因迟滞特性而降低系统定位精度的问题, 该文采用了一种带有前馈补偿的复合型控制方法。首先建立前馈模型, 提出了一种分段式Prandtl-Ishlinskii(P-I)模型, 并对所建平台迟滞模型求逆, 其建模误差率在0.7%内; 然后针对闭环回路设计了串联比例-积分(PI)模拟电路、滤波电路和检测电路, 进一步提高了控制系统的响应速度和控制精度。实验结果表明, 压电陶瓷位移平台在频率为100 Hz, 行程为0~140 μm的情况下, 基于前馈补偿的复合控制系统的平均绝对误差为0.039 μm, 最大误差为0.16 μm; 与仅有前馈控制相比, 其控制精度提高了73.76%。

针对高可靠性、高稳定性时钟源的需求, 设计了基于树莓派的嵌入式时钟发生器。选用3B+型树莓派嵌入式控制平台和 Qt开发工具, 通过 RS485通信总线控制 ADF4356频率合成器合成目标频率。测试表明: 该时钟发生器的控制平台稳定可靠, 可控制 ADF4356频率合成器合成 53.125~6 800 MHz范围内的频率, 过渡时间 <100 ps, 均方根抖动 <5 ps, 可为更多功能时钟发生仪器的设计实现提供必要支持。

电压模式Buck-Boost变换器是一个典型的非最小相位系统。根据DC-DC Buck-Boost变换器的工作特性，运用状态空间平均法建立其小信号模型，据此设计PI控制器参数。Buck-Boost变换器是一个时变的非线性系统，传统PI控制难以达到最优的控制效果，由此采用模糊PI控制来规避PI控制的弊端。针对模糊PI控制在被控量变化较大时，控制精确度变差的问题，设计了模糊论域自适应伸缩变化的变论域模糊PI控制器，对Buck-Boost电路进行控制。通过Matlab/Simulink环境仿真，实验结果表明，变论域模糊PI控制具有更好的动态控制性能。

为了解决恒功率激光淬火过程中材料基体预热时间长、材料表面温度不稳定、容易发生边界熔化等问题, 设计基于非线性参数整定方法的PI控制器。首先使用了一阶惯性系统来描述激光淬火的温度模型, 接着通过阶跃响应法来辨识温度系统的模型参数, 然后提出了非线性参数整定的PI控制算法。结果表明, 这种控制方法能够在控制过程中实时调节PI参数, 并且能够准确控制激光作用区域的温度。同时, 与传统PI控制相比, 通过这种控制方法可以得到相对更好的快速性以及更小的超调量。此外, 该控制系统还具有一定的鲁棒性, 对于参数不断变化的非线性温度系统也能取得较好的控制效果。

传统激光熔覆增材制造方法一般采用等线宽扫描, 难以实现单道连续变宽成形。设计了变壁厚扭曲叶片模型, 利用光内送粉喷头直接变焦法变化光斑直径, 采用层高控制系统测量不同宽度处的实际堆积高度。设计PI控制器, 通过变化扫描速度, 控制不同宽度处的熔道堆积层高一致, 保证成形精度。通过连续变焦与闭环控制算法, 实现了变壁厚扭曲叶片激光熔覆连续变宽扫描成形。结果表明: 扭曲叶片在壁厚2.52~6.18 mm范围内均匀变化, 最大壁厚误差为-0.58 mm; 各段高度大致相同, 最大高度误差为-0.22 mm; 不同壁厚处的显微组织较为致密均匀。

在传统PI控制微纳操纵成像系统的基础上实现参数实时在线调整。为了获得更好的控制效果,进行了自适应模糊PI控制的微纳操纵成像系统仿真研究。运用探针与样品之间原子力保持不变的原理对微纳操纵成像系统动态过程进行建模,加入模糊PI控制模块,建立了一套完整的系统仿真平台。设计了一种自适应模糊PI控制器,该控制器通过对电压值的误差和误差变化的判断进行模糊化推理,实现对控制参数的实时在线整定,以达到优化控制的目的; 同时,利用Matlab进行仿真研究。结果表明,自适应模糊PI控制算法比传统PI控制算法能有效地改善系统的动态性能和稳态性能。