四旋翼无人机执行任务时会受到大气紊流对姿态的干扰, 为此提出一种运用变论域模糊理论优化传统PID控制器的方法。根据运动学方程建立了控制精度更为准确的四旋翼无人机非线性模型。由于大气紊流具有随机性强的特点, 基于Dryden模型得到了大气紊流的分量模型。考虑到传统PID控制器抗干扰能力不足, 因此, 结合可变论域模糊控制设计出了变论域模糊自适应PID控制器。在Simulink环境下对两种控制器先后加入了大气紊流和阶跃响应干扰进行仿真比较, 结果显示, 优化后的控制器鲁棒性和稳定性均优于PID传统控制器。

Sensing sensitivity is the key performance of optical tweezers. By adjusting the frequency and magnitude of an applied Coulomb force as an input of optical tweezers, we directly measured the sensitivity and signal-to-noise ratio (SNR) of a system and indirectly calculated the actual noise magnitude. Combined with an output filter, the relationship between the SNR and bandwidths was studied. We established the simulation model of a system using Simulink and simulated the relationship between the SNR and magnitude of the input forces and filter bandwidths. In addition, we built an experimental system to determine the relationship between the SNR and the magnitude of the input forces and filter bandwidths. The actual minimum detectable force was measured as 1.827 5×10-17 N at a 1 Hz bandwidth. The experimental results were correlated with the simulation and theoretical results, confirming the effectiveness of the proposed method and demonstrating the high sensitivity of vacuum optical tweezers as mechanical sensors. We proposed a novel method of calibration and measurement of system sensing parameters by applying an actual force that was more direct and precise than the theoretical calculation method that requires accurate fitting parameters, such as the particle radius and density. This method can be employed to analyze the system noise and phase characteristics to confirm and improve the real performance of the system.

提出了一种使用固定频率窄线宽激光器作为干涉光源的闭环谐振式光纤陀螺系统。该系统利用相位调制器对干涉光进行移频控制,完成对谐振腔逆时针方向谐振频率的跟踪和锁定。建立了陀螺系统Simulink模型并仿真研究了不同速率点下的陀螺输出特性,结果表明,±200(°)/s速率范围内逆时针谐振频率锁定时间小于15ms,陀螺标度因数非线性为2.41×10-4。与采用传统频率可调谐窄线宽激光器的闭环谐振式光纤陀螺系统相比,两者锁频时间和标度因数非线性基本一致。该研究为低成本闭环谐振式光纤陀螺系统的实现提供了理论和数据支撑。

为了给实际搭建与性能优化提供依据，介绍了采用声光移频器的双闭环谐振式光纤陀螺的工作原理和系统结构，并据此建立了采用声光移频器的双闭环谐振式光纤陀螺的Simulink仿真模型。仿真结果表明其能够在18 ms内完成频率锁定，且相比单闭环结构能够将转速测量范围从±0.8 rad/s扩大到 ±9 rad/s，并将非线性度由1.9%降低至0.46%。相比于单闭环结构，采用声光移频器的双闭环结构拥有更大的动态范围和更低的标度因数非线性。

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。

针对D4114B型柴油机排放尾气中的CO2气体开展测量研究，计算分析气体的体积分数以及温度。文中以可调谐半导体激光器吸收光谱(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy，TDLAS)技术原理为基础，利用MATLAB中SIMULINK库中的各个模块，模拟尾气测量的实际过程。仿真结果显示，在模拟柴油机排放环境下，待测量气体CO2的温度仿真相对误差为0.03%。利用船用D4114B型柴油机进行验证实验，在其排气管上增添可视化窗口并安装相应测试系统，利用以半导体为工作介质的可调谐激光器作为激光光源，开展尾气排放中CO2气体温度的在线测试研究，测试相对误差小于4%。由上述研究结果可知，本文中利用SIMULINK搭建的模型所测得的温度值与实际柴油机尾气排放过程中的温度相差较小，因此，其仿真结果能够对柴油机排气测温提供一定的参考。

研究并求解了热效应条件下的半导体激光器的速率方程。在经典速率方程的基础上, 通过引入热效应特性, 得到了带温度参量修正的速率方程组, 然后利用Simulink软件工具, 对该非线性微分方程进行仿真求解, 最后以某分布反馈激光器的参量为例, 得到了不同偏置点、不同调制信号及不同温度条件下速率方程的瞬态解, 并据此分析了弛豫振荡、频率啁啾等特性。仿真求解结果符合该型激光器的瞬态特性, 为该型激光器设计制造和应用选型提供了一定的参考。