考虑到行波型旋转超声电机(TWUSM)控制精度与定子两相振动模态有关, 但其不易测量。因此, 该文提出了一种具有参数鲁棒性的滑模观测器以实现优化定子振动模态。首先, 分析定子两相振动模态及合成行波对TWUSM高精度控制的影响; 其次, 利用电机可测的电流、电压信号建立振动模态滑模观测器, 分析TWUSM参数时变特征, 并证明观测器的稳定性与鲁棒性; 最后, 通过仿真与实验对所提出的振动模态滑模观测器进行验证。结果表明, 滑模观测器能准确估计两相振动模态, 且具有参数鲁棒性。此外, 基于观测结果改善驱动电压, 实现定子振动模态优化, 从而降低输出转矩脉动, 提高电机控制精度。

为了减小转台误差对激光陀螺捷联惯组(SIMU)标定精度的影响, 采用模观测法设计了正二十面体-12点的位置和速率试验计划。首先, 利用在重力场下的12个静态位置标定加速度计的零偏、标度因子和安装误差矩阵; 然后, 采用外环角速率、中内环双轴翻滚至12点位置来标定陀螺的零偏、标度因子和安装误差矩阵; 最后, 利用SIMU框架坐标系为桥梁, 实现了加速度计和陀螺参数坐标系的统一。仿真分析表明: 该方法能有效抑制转台误差对SIMU标定结果的影响, 当转台各轴系垂直度误差为角秒级且角位置误差小于1′时, 加速度计和陀螺的标度因子相对误差和安装误差矩阵的标定误差均小于10-5, 加速度计零偏的标定误差小于10 ?滋g , 陀螺零偏的标定误差小于0.01(°)/h与测量噪声处于同一数量级。

研究了一种基于Super twisting算法的滑模观测器和比例积分的超机动飞机动态逆控制方法。首先分析考虑推力矢量下的超机动飞机非线性特性,建立飞机非线性仿真平台;然后在快回路中针对飞行环境下外部直接干扰力矩,采用Super twisting算法的滑模观测器估计干扰力矩,设计补偿控制律进行干扰抑制;慢回路中采用经典的比例积分控制弥补由非线性对消引起的系统逆误差;最后对设计的控制律进行大迎角下的“眼镜蛇”机动。仿真结果表明,设计的控制律使超机动飞机具有良好的快速性和稳定性。

针对主被动磁悬浮控制力矩陀螺转子高速旋转时产生的不平衡振动, 提出了基于滑模观测器和陷波器的主被动磁悬浮转子不平衡振动自适应控制方法。该方法采用滑模观测器使同频振动的控制不受磁轴承的刚度参数摄动和磁力耦合的影响, 将滑模观测器与陷波器结合, 无需区分电流刚度力和位移刚度力, 无需设计算法补偿功率放大器的影响, 可自适应消除不平衡振动。对该方法进行了仿真和实验验证。仿真结果显示该方法可使同频轴承力大幅减小;实验结果显示, 虽然主被动磁悬浮转子的被动轴承不可控, 同频振动仍由0.053g减小为0.012g, 减小了77%。得到的结果表明, 该方法不仅适用于主被动磁悬浮转子, 也适用于全主动磁悬浮转子。

为减少惯性测量组合标定对转台的依赖, 降低标定对转台控制精度的要求, 在分析传统加速度计模观测迭代标定方法的基础上, 提出一种基于粒子群优化算法（PSO）的加速度计快速标定方法。首先, 基于模观测思想设计构造目标优化函数, 并将其作为PSO算法中的适应度函数, 实现了标定方法与PSO算法的连接；其次, 设计了基于最大化观测信息相对于待估计参数的敏感度函数的加速度计标定编排方案；最后, 对所提方法与牛顿迭代标定方法进行了对比仿真。仿真实验结果表明, 基于PSO算法的加速度计快速标定方法具有可行性、有效性, 与传统牛顿迭代标定方法相比更具有优越性。

针对Sawyer电机驱动的平面定位台的多轴精密定位问题(X、Y和θz轴), 提出了一种新的部分无传感控制方法。用激光干涉仪检测定位台一个方向上的平移运动和摆动, 并构建相应的闭环控制;同时, 应用滑模观测器估计另一个方向上的平移运动并构建对应轴的闭环控制。在此基础上, 通过实验从开环控制、多轴全闭环控制及部分无传感控制三方面对比了定位性能。实验结果表明: 采用部分无传感控制, 多轴平面定位台的重复定位精度达到亚微米(0.25 μm)级;部分无传感控制下的动子行程与开环控制相同(X轴300 mm、Y轴300 mm), 远大于基于多轴位置传感的全闭环控制下的动子行程(X轴100 mm、Y轴100 mm);获得的结果可满足应用设计要求。

为提高标识设备关键部件-高速点阵式脉冲喷射发生器的性能以改善喷印效果，在建立喷射器数学模型的基础上，设计了滑模观测器。通过观测器构成反馈系统，在不增加硬件成本的前提下实现对高速脉冲喷射器的无传感器控制，使其能够准确跟踪理想轨迹，降低阀芯与静铁的冲击速度，并消除振动和噪音。实验结果表明，喷射器工作过程中阀芯与定位静铁的冲击速度由开环控制的0.55 m/s降到了闭环控制的0.02 m/s，振动和噪音基本消失，喷射效果明显改善。对钢铁产品进行的喷码实验显示，设计的喷射器的性能可以满足实际生产需要。研究过程为高速脉冲喷射器控制单元的设计提供了理论基础。