The combination of an optical cavity and a proportional-integral (PI) controller is commonly used in experimental quantum optical fields. In this study, an optimal PI controller for an optical cavity was designed based on the average-squared value of the error signal. The controller was implemented using a field-programmable gate array (FPGA) data acquisition board and LabVIEW software. The overall gain of the controller is optimized by adopting the cavity transmission as an optical power reference, such that the cavity locking performance does not degrade as the optical power varies.

PID控制器在四旋翼飞行控制系统中比较常见,其核心问题之一就是PID参数的整定。常见的调参方法有模糊控制、神经网络及手动调参。针对四旋翼飞行器的PID控制器参数整定困难,提出一种基于混沌粒子群算法的PID参数整定方法: 首先,利用粒子群算法的收敛速度较快及混沌序列的遍历性、随机性以及对初值的敏感性等特性,使得调节PID参数更加快速和准确; 然后,结合自适应惯性权重法,平衡粒子群算法的全局搜索能力和局部搜索能力,在每次迭代过程中,粒子都可以根据各自情况在搜索空间的每个维度上选择合适的惯性权重。仿真实验结果表明,所提混沌粒子群优化算法能够快速、准确地求解所需参数,验证了所提算法的有效性。

对永磁同步电机 (PMSM)调速系统中的时变输入提出具有更高跟踪精确度的改进型自抗扰控制策略。传统的自抗扰控制主要针对阶跃信号进行快速和无静差追踪，对时变信号存在较大的跟踪误差，使自抗扰控制的应用受限。文中对稳态误差的存在原因进行了理论分析，进而设计带有微分前馈和并联线性扩张状态观测器 (P-LESO)的改进型转速自抗扰控制器 (ADRC)，以减小系统的跟踪误差。为进一步实时观测和补偿反电动势和减小电流跟随误差，设计了电流环线性自抗扰控制器。通过 Simulink仿真模型进行验证，该控制系统不仅提高了 PMSM对时变输入的跟踪精确度，而且对阶跃输入也具有很好的动态性能。

针对滑模变结构控制律设计过程中出现的控制参数整定问题, 提出一种基于强化学习的滑模变结构控制参数寻优方法。首先, 根据系统设计了相应的滑模控制律, 并给出了参数选择的范围, 设计了基于Actor-Critic结构的参数在线整定器。然后, 选择TD-Error方法进行求解计算, 并用梯度下降法计算出神经网络权值的更新取值。最后,以固定翼飞行器纵向通道系统为例进行了仿真和实验验证,实验结果说明所提出控制方法减小了控制参数整定的盲目性, 有效提升了系统的动态性能。

通过优化驱动光栅的电机PI控制器参数确定方法，加强了伺服电机的定位精度及稳定性，提升了单光路可调谐TEA CO2激光器的弱线输出稳定性并缩短了调谐间隔。该参数确定的方法基永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM)的频域模型，推导出了伺服三环比例积分控制器(Proportional Integral, PI)的解析表达式，并根据工程实际需求设定超调量与峰值时间，求出截止频率，以此确定满足最大相位裕度的条件下的伺服三环PI控制器的参数。采用PML40-530B8ANL交流直驱电机及G-POLHOR10P100EE-E0驱动器搭建了光路实验装置对上述参数进行了验证，转台定位系统的超调量为4.86％，调节间隔为19.5 ms。基于该转台系统搭建了快调谐TEA CO2激光器，在20 ms调谐间隔下进行激光器弱线能量稳定性实验，9P(44)谱线的单脉冲能量小于74 mJ，能量波动范围小于±3.35%，能量稳定度提高了3.62倍。

自抗扰控制器对于抑制不确定的扰动有良好的效果, 但其控制器参数较多且整定困难。为了实现自适应的线性自抗扰控制器, 对线性自抗扰控制器的参数整定策略展开了研究。首先, 设计了基于观测误差的线性扩张观测器参数自适应整定算法。接着, 设计了自抗扰控制器线性反馈环节的参数的自适应整定算法。最后, 利用李雅普诺夫方法, 证明上述自适应整定算法得到的参数可以保证扩张状态观测器的观测误差和被控系统最终输出误差都收敛至零。实验结果表明: 精密气浮运动平台低速工况下, 自适应线性自抗扰控制器的参数在0.8 s内即可迅速完成整定计算; 线性扩张观测器观测误差绝对值小于2 nm; 被控精密气浮运动平台的速度波动不大于5%。自适应线性自抗扰控制器实现了控制器参数在线整定, 控制器的性能表现满足要求。

高性能的速度闭环控制是精密伺服控制系统的关键。针对速度换向时存在较大的换向误差的问题, 提出了将自抗扰控制器用于精密伺服系统速度闭环的控制中。自抗扰控制器能对系统所受到的内扰和外扰进行实时估计, 且不依赖于对象模型。本文基于控制对象的频域特性, 设计了线性自抗扰控制器, 找到了对象参数 b与谐振频率的关系, 并给出了其他参数的整定方法, 为实验中参数调试提供了依据。最后, 在带宽相同的情况下, 将设计好的自抗扰控制器和常规的 PI控制器分别用于速度闭环, 进行了对比实验。结果表明在输入信号为 0.5°和 1.0°时, 自抗扰控制器均能明显减小换向误差, 提高系统跟踪精度。

半导体激光器输出波长随温度变化而变化，为了使半导体激光器稳定工作，要保持它的温度稳定，而温度PID控制效果与其比例、积分和微分三个参数密切相关，采用粒子群算法对半导体激光器温度PID控制系统参数进行优化，选取控制误差绝对值时间积分函数（ITAE）作为适宜度函数，并与ZieglerNichols算法整定参数进行比较。仿真结果表明，这种优化算法加快了收敛速度，实验中调节时间由150 s降到50 s，超调量由18%降到4%，有效改善了系统的动态性能。

介绍了数字控制式半导体激光器驱动电路的设计,包括温度控制系统和光功率控制系统.该系统以单片机为核心,结合外围电路,以数字控制技术代替以往的模拟电路,易于控制,精度高.对光功率控制系统也以单片机为核心,配合外围的功率采样电路和电流驱动电路,同时使用PD控制算法,控制电源电流,从而控制激光器光功率输出.在PD参数整定时,采用了工程实验法多次实验调试确定参数.建立数学模型,从而实现软件控制.为了提高控制的精度,把功率范围分为9段,对每一段都整定了一组参数,从而将光功率误差控制在0.02 W内.所设计的驱动电路精度高,实时性好,达到了设计要求.