针对可重复使用运载器(RLVs)再入过程中的不确定、舵面失效及饱和的容错控制问题, 提出了一种基于固定时间干扰观测器(FTDO)结合辅助抗饱和系统的反步控制策略。首先, 设计一种基于超螺旋理论的固定时间干扰观测器, 除保证对系统中干扰、不确定和舵面失效作用的准确估计外, 还能有效提高对变频干扰的估计精度。其次, 针对RLV再入时舵面易发生饱和故障的问题, 设计辅助补偿系统以使舵面尽快退出饱和状态。仿真结果表明, 该容错控制方法有效解决了舵面的部分失效及饱和问题, 对干扰和不确定有较强的抑制作用, 能够提高RLV再入段姿态控制系统的控制精度和鲁棒性能。

飞行时间测量是三维感知系统的重要原理之一。近年来随着半导体技术的发展, 基于信号相关法的飞行时间测量系统以其无活动部件、高集成度、低功耗的优势, 在三维成像领域迅速发展。文中系统研究了基于信号相关的飞行时间测量技术的数学原理, 分析了其误差来源及其数学模型, 并进行了横向对比。研究结果表明: 飞行时间成像系统的光源误差、多路径误差和环境光是制约测量精度和适用范围的主要因素。

为了解决传统比例-微分-积分(PID)控制器在精密光束指向系统（FPB）应用中存在的控制精度与超调量之间的矛盾, 并使其可在现有控制系统硬件平台中应用, 设计了一种数字复合PID控制器。该控制器采用了传统PID、前馈补偿以及抗积分饱和算法三部分综合而成, 在控制器复杂性和处理时间不显著增加的前提下, 缩短了调节时间及过冲, 改善FPB系统的指向精度及动态特性; 对该控制器的结构进行了分析, 并与采用传统PID控制器的FPB进行了对比试验。结果表明, 在相同的实验条件下, 采用复合PID控制器的FPB系统与采用传统PID控制器的FPB系统相比, 调整时间缩短了约11.4%, 最大超调量从12.7%降至1.8%。在现有计算能力受限的控制系统平台上, 可实现FPB系统性能的有效提升。

航空相机位角控制系统在大给定行程条件下易出现积分Windup现象, 从而影响系统的动态性能。为了提高位角控制系统在大给定输入条件下的动态响应性能, 提出采用基于Anti-Windup的变结构自适应抗饱和PID控制法来设计位角控制系统。采用主副串级双回路的位置控制策略, 在速度内环采用了基于Anti-Windup的变结构自适应PID控制的补偿环节, 并采用基于实数编码遗传算法的PID整定方法对速度内环PID初始参数进行整定, 参数选取最优指标时对超调采取惩罚功能, 使位角控制系统在大给定行程输入下仍能达到比较满意的性能。实验表明: 采用基于Anti-Windup的变结构自适应PID控制的控制策略, 避免了位角反射镜在检焦结束后的回位阶段进入饱和状态, 使回位调整时间缩小了35.7%, 提高了检焦结束后大行程回位的速度。

ICF实验会产生大量X射线和γ射线,其在光电倍增管(PMT)中产生的脉冲信号过大,导致前端电子学电路饱和,严重影响电路的正常工作和中子飞行时间的测量。结合前端电子学系统的结构,对电路饱和的原因进行了深入分析,提出了非线性抗饱和电路改进方案,并进行了仿真和实验研究。仿真结果表明,该设计方案能够大幅衰减大信号而确保小信号的通过,信号通过后电路基线能在35 ns内恢复;电路的实测结果与仿真结果基本相同。这表明:采取的方案简洁有效,能够确保输入高达数十V脉冲的情况下电路的正常工作。目前这一电路已经得到应用,并将安装在某大型激光原型的大阵列中子探测器上。