采用激光吸收光谱法可实现气体同位素丰度的探测, 由于待测气体吸收线的吸收系数会受待测气体温度的影响, 将直接影响气体同位素检测系统的精准度和稳定度, 文中设计并研制了一种高精度的多通池温度控制系统。硬件方面, 采用高精度PT1000铂电阻温度采集电路与聚酰亚胺电热膜加热装置, 构成了一个完整的闭环温度控制结构。软件方面, 采用Ziegier-Nichols工程整定方法对比例、积分、微分三个系数完成整定。针对被控对象结构复杂响应较慢引起超调量大问题, 采用积分分离比例-积分-微分控制算法, 使温度控制快速且无超调。利用该系统进行温度控制实验, 实验表明: 温度控制范围为18～42 ℃, 温度控制精度达到±0.08 ℃, 稳定时间位15 s,该系统具有精度高、响应快速、无超调的优点, 为激光气体同位素探测提供了可靠保障。

为了满足红外气体检测对高性能激光器驱动电源的要求, 文中采用PID控制算法, 设计并研制了一款高稳定的DFB激光器驱动电源。其硬件主要包括信号产生模块、压控恒流源模块、电路保护模块, 具备输出电流保护功能。信号产生模块主要通过DDS产生正弦波, 再通过比较器产生方波, 同时采用DA转换技术实现直流波、三角波、锯齿波的输出。控制方案上采用PID算法, 通过深度负反馈控制, 实现高稳定电流输出。利用此驱动电源对中心波长为1 563.09 nm的DFB激光器进行驱动实验。结果表明, 所研制的驱动电源具有输出波形类型、幅度和频率三者数控可调的功能, 电流幅度范围为0~1 A; 正弦、方波频率范围为1 Hz~1 MHz, 三角、锯齿、直流波频率范围为1 Hz~100 Hz, 频率分辨率为1 Hz; 输出电流线性度为99.93%, 长时间输出电流稳定度为0.019 7%。

介绍了作为大型机载激光雷达关键部件的双光楔扫描系统的模型建立、设计实现以及实验验证。为实现双光楔扫描系统的大尺寸、宽视场和高精度指向, 设计了16°楔角、320 mm直径的成对光楔, 以及对应的高精度PID双轴扫描控制模块, 分析了系统误差来源和误差控制方法。在45 m距离的地面测试中, 通过每个3.6°转动楔镜, 累计100次与真值测量比对进行检校和验证, 扫描指向误差小于50 μrad, 通过搭载集成后的机载激光雷达飞行实验, 实测扫描视场为32.03°, 进一步验证了双光楔扫描系统的有效性。

针对某小型化激光陀螺,对基于TMS320F2810数字信号处理芯片(DSP)的激光陀螺交流抖动稳频回路设计及其参数整定进行了理论分析、Matlab数值仿真和实验研究。TMS320F2810这款芯片具有集成度高、处理速度快、功耗低和性价比高等突出优点,有利于实现激光陀螺控制系统的小型化。基于这款DSP芯片实现了某小型化激光陀螺的交流抖动稳频回路的软、硬件设计,使用衰减曲线法得到了该型激光陀螺经优化后的PID控制参数(Kp=0.048,Ki=0.059,Kd=0.013),并根据国军标对稳频回路进行了实验验证。实验结果表明,稳频控制回路经过PID参数整定后,该小型化激光陀螺的零偏稳定性从0.025°/h降到0.014°/h,该稳频控制回路在目标型号激光陀螺上满足预期的性能指标要求。

为实现机械相控阵列天线的波束扫描，采用直流电机驱动螺旋天线单元转动来达到预定的辐射相位。利用数字信号处理芯片TMS320F2812设计了直流电机位置控制系统，介绍了控制系统的硬件设计方案、控制策略及软件设计方案。针对直流电机驱动的螺旋天线单元位置控制系统，研究了模糊PID控制算法，并把它应用到控制系统中。实验结果表明，所开发的位置控制系统结构简单，具有响应时间短、无位置超调、定位精度高等良好的控制性能，能够满足螺旋天线单元快速、准确的相位控制要求。