为研究兆瓦级高效紧凑型核动力系统的运行特性，使用自主开发的热管堆瞬态分析程序TAPIRS（Transient Analysis code for heat Pipe and AMTEC power conversion space Reactor power System）和超临界二氧化碳布雷顿循环的瞬态分析程序SCTRAN/CO2（Super Critical reactors Transient Analysis code/Carbon Dioxide）的耦合程序对其反应性、负荷、冷却水温度和流量等扰动进行了开环动态响应分析，并据此进行了控制系统设计。在此基础上，对线性变负荷、阶梯式变负荷以及甩负荷这三种变负荷运行工况进行了计算分析。结果表明：该核动力系统的转速对扰动的变化较为敏感，需要加以控制；低负荷下旁通会使压缩机流量上升，需对压缩机流量加以控制；系统在控制方案下能以6% FP（Full Power）·min-1的速度实现0%?100%的负荷变动，且可以在任意负荷水平下运行；甩负荷下系统的波动时间变长，但是仍可达到新的稳态进行工作，且各参数处于安全范围内。本研究可为新型核动力系统的概念设计提供参考。
兆瓦级高效紧凑新型核动力系统 开环动态响应 控制系统设计 变负荷运行 New megawatt nuclear power system with high efficiency and compactness Open-loop dynamic characteristics Design of control system Load variation operation
1 淮阴工学院自动化学院, 江苏 淮安 223003
2 淮阴工学院电子信息工程学院, 江苏 淮安 223003
表面等离子共振 (SPR) 传感器开环系统的弊端, 对全局搜索粒子群算法 (PSO) 的早熟收敛问题进行改进, 提出了一种动态信息调整且速度可控的改进型合作粒子群算法 (ICPSO)。该方法通过在粒子飞行状态控制的迭代方程中引入子群最优信息, 较好地保持了粒子多样性, 有效地避免寻优飞行中粒子的早熟收敛。进一步将该算法作为 BP 神经网络的训练算法, 建立了更为优化的 ICPSO-BP 神经网络。最后, 利用 ICPSO-BP 神经网络对光纤 SPR 开环系统的内部非线性模型进行辨识补偿, 分别建立单输入、双输入、三输入的 ICPSO-BP 神经网络补偿模型，实验及仿真结果表明新算法在测试线性精度和速度上均具有较好的表现, 从而保证了光纤 SPR 良好的线性测试效果, 为光纤 SPR 传感器进一步应用打下一定基础。
光纤光学 光纤传感器 表面等离子共振效应 粒子群算法 神经网络 开环系统 fiber optics optical-fiber sensor surface plasmon resonance effect particle swarm optimization neural network open-loop system
1 河北大学物理科学与技术学院光信息技术创新中心，河北 保定 071002
2 河北省光学感知技术创新中心，河北 保定 071002
研究了一种可实现开环光纤陀螺大动态范围测量的正交解调算法。对干涉信号每周期间隔π/6进行直接采样，得到12个离散点进行相位解调，并利用条纹计数方法实现了开环光纤陀螺的大动态范围测量。详细分析了开环光纤陀螺系统相位调制器驱动信号、干涉信号采样相位误差与正交解调算法解调误差之间的关系。利用抽取的12个采样点构建调制深度误差EM和调制初始相位误差EW评价参数，并对正弦调制信号参数进行反馈控制，保证解调精度。结果表明，为使开环光纤陀螺的相位解调误差在±10-6 rad（标度因数为1.134 s，陀螺输出角速度误差为±0.18（°）/h）内，正弦调制信号的调制频率fe误差需小于±0.072%（97.31 kHz），电压峰峰值Vπ误差需小于±0.1%（3.654 V），调制初始相位误差需小于±16.226 mV，调制深度误差需小于±12.483 mV，数字采样相位误差需小于5.625×10-4 rad。
光纤光学 开环光纤陀螺 调制解调 动态范围 解调误差 激光与光电子学进展
2022, 59(17): 1706004
1 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093
2 苏州慧利仪器有限责任公司，江苏 苏州 215123
相移器是斐索干涉仪的核心部件，其关键为压电陶瓷(PZT)致动器，而其迟滞非线性特性严重影响了相移精度，对光学元件的形貌检测造成不利影响。该文首先设计了PZT的控制系统，利用National Instruments(NI)动态数据采集设备(PCIe 6321)、LabVIEW系统及电压放大器组成电压驱动系统产生驱动信号，利用电阻式应变仪、惠斯通电桥作为位移传感器采集位移;其次，提出了一种多项式模型及基于PZT传递函数的前馈开环校正算法对PZT进行建模及校正;最后，在实验系统上对该算法进行了验证。实验结果表明，校正后，相移器的相移误差可被改善，校正前、后位移差小于10%。该系统可有效校正非线性，从而降低非线性相移对测量结果的影响，满足检测光学元件面形的高精度要求。
斐索干涉仪 相移器 传递函数 前馈开环 非线性 Fizeau interferometer phase shifter transfer function feedforward open loop nonlinearity
Author Affiliations
Abstract
University of Freiburg, Gisela and Erwin Sick Laboratory for Micro-Optics, Department of Microsystems Engineering, Freiburg, Germany
We discuss the implementation and performance of an adaptive optics (AO) system that uses two cascaded deformable phase plates (DPPs), which are transparent optofluidic phase modulators, mimicking the common woofer/tweeter-type astronomical AO systems. One of the DPPs has 25 electrodes forming a keystone pattern best suited for the correction of low-order and radially symmetric modes; the second device has 37 hexagonally packed electrodes better suited for high-order correction. We also present simulation results and experimental validation for a new open-loop control strategy enabling simultaneous control of both DPPs, which ensures optimum correction for both large-amplitude low-order, and complex combinations of low- and high-order aberrations. The resulting system can reproduce Zernike modes up to the sixth radial order with stroke and fidelity up to twice better than what is attainable with either of the DPPs individually. The performance of the new AO configuration is also verified in a custom-developed fluorescence microscope with sensorless aberration correction.
adaptive optics woofer/tweeter phase modulation optofluidics aberration correction open-loop control Advanced Photonics
2020, 2(6): 066005
1 昆明物理研究所, 云南 昆明 650223
2 陆军装甲军代局驻昆明地区军代室, 云南 昆明 650223
针对红外热像仪对调焦机构高精度、高可靠性的要求, 本文提出了一种基于模糊控制的步进电机开环调焦控制系统。该系统主要由 TMS320F28069微控制器、TMC260步进电机驱动芯片及外围电路构成。为了实现调焦系统精确定位的需求, 文中陈述了基于模糊控制的步进电机速度控制策略, 给出了系统的硬件电路设计。经过实际测试, 结果表明该系统可以满足实际使用要求。
步进电机 调焦系统 开环控制 模糊控制 stepper motor focusing system open-loop control fuzzy control
惯导解算算法与误差模型相匹配是设计静态自对准或自标定卡尔曼滤波器的前提。给出了捷联惯导开环导航算法与简化的静基座捷联惯导误差模型; 并从误差对比的角度验证了开环导航算法与简化误差模型的匹配性。基于捷联惯导开环导航算法与简化误差模型构建了闭环卡尔曼滤波器, 将闭环卡尔曼滤波器应用于多位置对准半实物仿真试验, 仿真结果表明, 陀螺和加速度计零偏估计精度优于97%, 进一步从应用的角度验证了开环算法和简化误差模型的匹配性。
捷联惯导 开环算法 误差模型 多位置对准 SINS open-loop algorithm error model multi-position alignment
北京理工大学 光电学院 光电成像技术与系统教育部重点实验室, 北京 100081
由压电陶瓷驱动器构成的快速微摆反射镜平台存在迟滞特性, 影响了对快速微摆反射镜的控制。为了能够有效的对快速微摆反射镜进行控制, 采用基于PI逆模型的开环控制方法。首先, 采用PI模型对快速微摆反射镜平台的迟滞特性建立数学模型, 通过最小二乘法辨识PI模型的参数; 其次, 基于PI模型的可逆性, 求解PI逆模型参数; 最后, 验证基于PI逆模型的开环控制方法的有效性。根据轨迹跟踪实验得到的数据, 在正弦波轨迹输入信号下的均方根误差为1.23%, 最大误差为2.45%; 在三角波轨迹输入信号下的均方根误差为1.3%, 最大误差为2.37%。证明了基于PI逆模型的开环控制方法是可行的, 能够有效地控制快速微摆反射镜。
快速微摆反射镜 压电陶瓷驱动器 迟滞特性 Prandtl-Ishlinskii模型 开环控制 fast steering mirror piezoelectric ceramic actuators hysteresis characteristic Prandtl-Ishlinskii model open loop control 红外与激光工程
2017, 46(8): 0818001
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
对于自适应光学系统, 液晶波前校正器是一个非常有前景的波前校正器件。传统的向列相液晶波前校正器的主要缺点是偏振依赖和工作波段窄。采用了基于偏振分束器的开环光路设计和优化的能量分割方法来分别解决上述问题。结果显示, 开环光路非常适合于液晶波前校正器, 且新颖的能量分割方法显著提高了液晶自适应光学系统的探测能力。
开环 自适应光学 液晶波前校正器 open loop adaptive optics liquid crystal wavefront corrector 红外与激光工程
2016, 45(4): 0402002
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 地理信息工程国家重点实验室, 陕西 西安 710054
3 中国科学院 东北地理与农业生态研究所, 吉林 长春 130102
4 中国科学院大学, 北京 100049
本文详细介绍了一种基于卫星平台的对地观测高分辨率空间TDICCD相机调焦控制系统的设计与实现。针对相机轨道标称值为6446 km的太阳同步轨道, 为实现对地全色成像2 m分辨率和多光谱成像8 m分辨率, 推扫成像不小于100 km的地面覆盖宽度要求, 采用8片TDICCD高精度交错拼接技术获得高分辨率相机焦平面, 以实现对地推扫成像高分辨率和宽覆盖的要求。首先, 介绍高分辨率TDICCD相机的离轴光学系统设计; 然后, 介绍相机调焦系统组成和TDICCD长焦平面拼接技术; 最后, 对相机调焦系统进行调焦精度测试, 根据测试数据分析出相机调焦精度并与理论设计值进行比较分析, 调焦, 精度测试结果为±72 μm(3σ), 满足高分辨率TDICCD相机在轨成像需要的高精度调焦要求。
TDICCD拼接 调焦控制系统 精度 开环控制 TDICCD assemble refocusing control system precision open-loop control
