为实现大气痕量气体的临边和天底超光谱探测, 利用时间调制型傅里叶变换光谱仪获取光谱信息, 其干涉仪控制系统中光程扫描速度稳定度≥99.5%。针对光程扫描行程长, 扫描速度稳定性要求高, 设计平动式光程扫描的干涉仪控制系统, 并给出扫描实现原理图。由于控制系统存在摩擦力、振动等干扰导致扫描速度波动, 理论分析其对干涉信号强度和反演光谱的影响。鉴于角镜扫描运动和扰动具有周期性特点, 提出插入式重复控制器来抑制周期性干扰, 改善动镜运动速度的匀速性。对控制策略进行MATLAB数值仿真和实验验证, 实验结果表明: 当角镜以10.625 mm/s运动时, 插入式重复控制器可逐周期地改善角镜运动稳定度, 最终位移误差为±0.000 25 mm, 速度误差为±0.000 4 mm/s; 满足速度稳定度≥99.5%的要求。

本文提出一种重复控制与积分正反馈相结合的控制方法, 以抑制磁轴承系统功耗。首先建立了磁轴承系统的数学模型，分析了由重力、转子不平衡和位移传感器噪声引起的电流噪声的频率特性，分析发现其可分为直流和多谐波两大类; 其次推导了用于消除直流电流的控制器需满足的条件，在此基础上，设计了一种电流积分正反馈算法。通过调节转子的悬浮位置，利用混合磁轴承中永磁体产生的磁力抵消重力，抑制电流的直流分量，采用根轨迹方法确定保证闭环系统稳定的参数取值范围; 然后提出一种嵌入式重复控制方法抑制转子不平衡和位移传感器引起的多谐波电流噪声，采用重构谱理论判定系统的稳定性。最后以磁悬浮控制力矩陀螺为测试平台，对所提出的控制算法进行仿真和实验研究。结果表明: 采用该算法后，电流的直流分量基本被抑制，谐波分量的峰峰值减小了88.3%，功耗减小了7W，验证了该算法的有效性。

对于传统的重复控制,虽然能够很好的解决SPWM逆变器输出谐波问题,但在低采样率时,控制系统不容易稳定。在大功率逆变器应用场合,功率器件的开关频率一般较低,因此控制系统的采样频率也相应较低。此时,传统的重复控制的应用将出现困难。文中将重复控制中的相位补偿环节进行改进,提出分数相位超前重复控制,该方案不仅扩大了系统的稳定裕度,还减小了稳态误差。仿真结果表明,分数相位超前重复控制具有更好的稳定性。

针对三轴转台伺服系统位置精度要求不断提高, 提出了改进型重复控制与微分前馈控制相结合的复合控制作用于伺服系统的位置回路。根据某型三轴转台伺服系统的组成, 分析并建立了电流环、速度环与位置环的模型, 并于位置环设计了改进型重复控制器。设计时, 考虑了三轴转台的三个框架转动时互相产生的耦合影响, 并分析三个框架同时转动时三轴转台的内框快速性与稳定性。仿真结果表明, 采用复合控制策略时三轴转台的位置控制响应快、精度高、抗干扰性强, 满足系统性能指标。

传统 PID控制在伺服系统高精度位置跟踪和改善系统品质方面已露出诸多不足, 且系统中存在的控制干扰和测量噪声会在很大程度上影响伺服系统的跟踪精度。针对工作实际中的被控对象控制问题, 对传统的 PID控制算法进行改进。提出一种带有卡尔曼滤波器的重复控制补偿 PID和前馈补偿相结合的控制方法。通过仿真证明, 该控制方法能以较高的精度跟踪周期性输入信号,且有较好的抑制随机扰动和鲁棒性。

为了解决摆镜伺服系统周期速度振荡的问题，采用直流电机作为扫描驱动电机，建立伺服系统的数学模型，根据摆镜扫描的周期性特点，提出了一种改进的重复控制器对伺服系统的转速进行控制，实现结果表明该方法很好的改善了系统的跟踪性能，有效的提高了摆镜扫描的速度稳定性，抑制了电机的振荡现象。

设计了一种基于新型压电驱动器的快速扫描反射镜, 反射镜面尺寸为20mm×15mm, 具有大扫描角度范围(光学扫描角度范围可达±0.7°)和高扫描带宽(其一阶谐振频率为1872Hz)。反射镜基于一对新型的位移放大压电驱动器, 对机械结构进行了有限元模拟分析和数学建模, 测试了扫描反射镜的频响特性。用软件补偿压电驱动器迟滞效应和串联硬件陷波器抑制谐振相结合的控制方法, 提高了扫描器的开环扫描线性度, 实现了高频三角波扫描。设计了基于重复控制原理的数字比例积分微分(PID)控制器, 实现了精确的正弦扫描。测试结果表明该扫描器可以实现一维快速精确光学扫描控制。另外该扫描反射镜还具有体积小巧, 结构简单等优点。

研究了一种内嵌超磁致伸缩执行器(GMA)的智能镗削装置,针对GMA迟滞非线性,给出了一种基于复合前馈补偿的精密伺服控制方法.简要介绍了经典Preisach迟滞数值模型的实现方法,给出了一种基于迭代的迟滞非线性补偿方法以避免直接求取Preisach逆模型.讨论了迭代算法的实现步骤,验证了算法的可行性.分析了异圆销孔的镗削加工特点,在迭代补偿的基础上设计了重复控制补偿器,并结合两种补偿方法,给出了一种基于复合前馈补偿的PID控制方法,最后通过实验检验了方法的有效性.实验结果表明:在开环情况下,所给的迭代算法可以将GMA的迟滞非线性由补偿前的-15.7%～+11.8%减小到-4.6%～+5.2%,而基于复合前馈补偿的PID控制则可将误差进一步减小到±1 μm以内.实验表明,迭代补偿算法是有效的,该算法在补偿迟滞非线性的同时可避免直接求取Preisach逆模型,而基于复合前馈补偿的PID控制方法还可进一步提高GMA的控制精度.