介绍了一种用于断续导通模式Buck变换器的效率提升电路。详细分析了影响转换效率的关键因素, 在此基础上提出了一种高效率的整流管驱动控制方案。该方案具备自适应死区时间和电感电流过零检测的功能, 在兼顾系统功耗的前提下大幅优化了体二极管导通损耗和反向电感电流损耗, 实现效率最大化。在018 μm BCD工艺下完成了设计和仿真, 仿真结果表明, 输入 3 V、输出15 V条件下, 峰值效率高达966%, 负载大于5 mA时转换效率高于90%。

针对复杂系统建模困难且难以控制的问题，采用了数据驱动的控制策略，利用输入输出数据建立受控对象的动态线性化模型，采用滑模预测控制方法对该动态线性化模型进行控制器设计。该方法将系统动态线性化过程的参数估计误差视作广义扰动，结合滑模预测控制的强鲁棒性减小了广义扰动对系统控制作用的影响，有效地提高了控制效果。对该控制算法的稳定性进行分析，并通过仿真验证了系统在含有外部扰动和时变参数时的稳定性和鲁棒性，结果表明该算法相比于现有的无模型自适应控制(MFAC)算法、无模型预测控制(MFA-MPC)算法以及无模型积分终端滑模控制(MFA-DITSMC)算法有着更好的控制品质。

为了提高由直线电机驱动的精密定位系统的定位精度, 建立了优化Stribeck摩擦模型, 对摩擦力这一影响定位精度的主要因素进行补偿。首先, 对于传统的Stribeck摩擦模型进行优化, 采用改进的最小二乘算法对模型参数进行辨识。然后, 对所建立的摩擦模型补偿算法进行仿真并与扰动观测器的补偿算法进行比较, 发现前者速度比后者速度在补偿后提高了4.33%, 对摩擦力具有更好的补偿效果。最后, 在大行程二维精密定位平台上进行验证, 根据平台能够达到的最大速度定义0.005 m/s为低速运动, 0.05 m/s为高速运动, 在这两种速度下进行实验, 并与基于库仑摩擦前馈补偿模型比较。实验结果表明: 精密定位平台在速度为0.005 m/s的低速运动时, 优化模型的跟随误差减小了67.67%; 在速度为0.05 m/s的高速运动时, 优化模型的跟随误差减小了51.63%, 验证了优化Stribeck摩擦模型补偿算法的有效性。本文提出的优化Stribeck摩擦模型可用于提高由直线电机驱动的精密定位系统的定位精度。

研究了空间飞行器扫描伺服系统的高精度驱动控制技术。针对有效载荷对地面目标进行扫描时多要求其伺服系统提供高精度的低速性能, 本文提出采用交流永磁同步电机直接驱动伺服系统, 省去中间的减速器传动环节来提高伺服系统的驱动控制精度。 伺服驱动控制系统用现场可编程门阵列(FPGA)作为高速信号处理芯片, 提高信号的处理速度和控制精度; 用高精度的绝对式光电编码器检测转动位置, 提高位置检测和速度的精度; 主电路采用功率线性放大技术, 得到光滑, 力矩脉动小的驱动波形。系统实验表明, 由于该方法采用模拟正弦信号驱动, 在低速时避免了脉宽调制(PWM)驱动信号开关和死区造成的速度波动, 实现了高精度的速度控制, 速度波动范围在1%以内; 得到的电压、电流测试曲线光滑, 无高次谐波干扰。该扫描伺服系统满足动态和静态要求, 为实现空间低速高精度扫描提供了一种新的方法。

传统半导体激光器与驱动控制器多采用分离式设计, 故半导体激光器系统的体积很难紧凑化, 而一体化半导体激光器存在电路集成度高, 发热严重等问题, 因此, 本文提出了对半导体激光器进行一体化、小型化设计的方法。为了保证所设计的半导体激光器运行时系统温度分布均匀, 输出激光不受温度变化影响, 在结构设计之前, 利用ANSYS软件对元器件集成度较高的电路板等热源进行了热仿真, 提高了集成后结构的可靠性。仿真结果显示, 优化设计后的半导体激光器一体化结构满足激光器温度要求, 系统温度分布均匀, 能保证激光器稳定运行。设计的新型半导体激光器的整体结构尺寸仅为 85 mm×95 mm×115 mm, 不仅实现了半导体激光器与驱动控制器的一体化与小型化集成, 并且结构中留有准直光路设计空间, 便于后期的应用研究。

荧光干扰是拉曼光谱检测过程中常见的干扰因素之一, 而移频激发法是一种有效的克服荧光干扰的检测手段。 移频激发法利用两个波长相近的激光分别激发被测物质, 并将获得的拉曼光谱进行差谱。 由于两次激发的荧光背景相同, 而拉曼特征峰会产生平移, 因此可有效地消除荧光背景的干扰, 进而利用一定的算法还原拉曼特征峰。 移频激发法的关键在于两个激发光波长的稳定性, 不稳定的波长差将严重影响对拉曼特征峰的还原效果。 本文研制了一种拉曼光谱测试系统, 该系统的双波长LD模块能够产生两个波长稳定的激发光(分别为784.7和785.8 nm), 满足移频激发法的测试要求。 影响激发光波长稳定性的因素主要是光功率和温度, 本系统中对这两个因素均进行了实时的监控, 以保证激发光波长的稳定。 系统的硬件部分主要包括ARM主控板、 双波长LD模块及其驱动电路、 温度控制板、 数字光开关、 光谱检测光路和光纤探头(两个高功率的蝶形封装激光器); 软件部分可自动获取被测物质的拉曼光谱图, 并对其进行后续的处理。 在稳定性测试实验中, 对系统驱动电源电流和激光器温度的稳定性均进行了测试。 测试结果显示, 电流波动范围小于0.01 mA、 温度变化范围小于0.004 ℃, 能够有效地保证激发光波长的稳定性。 最后, 对某品牌花生油进行了拉曼光谱检测, 并对检测结果进行了处理, 获得了良好的效果。

激光在大气中传输时, 由于大气湍流的存在, 会导致光束漂移和能量集中度下降。校正倾斜像差, 可以提高激光在大气中传输的质量, 而快速倾斜镜正是倾斜像差校正的关键部件。设计了一个基于柔性轴结构的二维压电陶瓷型快速倾斜镜, 采用高压运算放大器PA96制作其驱动电源, 并选用TMS320F2812型DSP芯片作为倾斜镜控制系统的核心处理器, 经实验测试表明, 该快速倾斜镜的偏转范围达到1.8 mrad, 谐振频率为432 Hz, 角分辨力约为0.5 μrad。最后将此系统应用于激光大气传输倾斜像差校正实验中, 实验结果表明, 该系统能够有效提高光斑能量集中度并降低光斑漂移, 可以应用于激光大气传输中对倾斜像差的校正。

介绍了一种半导体激光器驱动系统,主要包括温度稳定控制电路、电流稳定控制电路和保护电路,给出了具体的参考电路。 通过同时对激光器的工作电流及其温度进行精密控制,使得激光器能稳定工作。保护电路能在激光器工作过程中对 其进行充分保护,防止激光器因误操作或其它因素发生损坏。实验表明,该驱动控制的激光器在恒温(室温)下 工作80 min输出波长漂移不超过0.6 pm。外界环境温度10°C ～50°C范围内,激光器输出波长漂移不超过16 pm。 适用于对激光器稳定要求高的场合。

由于数字微镜器件(DMD)空间光调制器结合图像传感器能同时探测高动态场景中的亮暗目标, 本文研究了DMD在高动态辐射场景成像探测系统中的应用。首先, 介绍了DMD实现成像探测的原理, 分析了DMD在高动态场景成像探测系统中的驱动控制方法。然后, 根据DMD在高动态辐射场景成像探测系统中的工作特性, 设计了能使光电成像设备提高66 dB的DMD的驱动控制。文中阐述了系统的主要设计模块和工作参数, 并结合实验验证了系统设计的正确性。实验结果表明: 该驱动控制方法能够实现对高动态场景中亮暗目标的同时探测,满足对光电成像设备动态范围提高66 dB的要求。若光电成像设备采用11位高灵敏高动态科学级图像传感器, 则系统动态范围可达130 dB以上。