基于BLF技术的输出调节及其在MEMS扭转微镜中的应用

发布时间：2020-08-20 20:37

【摘要】：MEMS(Micro-Electro-Mechanical-System)微镜是一种大小量级在微米级别的光学仪器,被广泛应用于图像扫描,光学通信,高清晰投影和医学成像等领域,在学术研究和工程应用方面受到人们的高度关注,成为众多学者的研究热门。而电磁驱动式扭转微镜,属于MEMS微镜中的一个子类别,由于其具有驱动电压小,对信号响应速度快,扫描范围广等特点,具有很好的应用价值,所以本文选用MEMS电磁扭转微镜作为研究对象。三角波信号在每一次扫描过程中具有匀速扫描的特点,因此三角波信号在条形码扫描等应用领域中,有良好的使用性能,所以解决对三角波信号的跟踪控制问题具有十分重要的工程应用意义。而在现代控制理论研究中,输出调节理论一直是一个热门研究方向。输出调节理论是解决伺服系统跟踪控制问题的一个重要实用的控制方法。因此本文使用输出调节理论作为控制方法,并结合BLF(Barrier Lyapunov function)技术,实现MEMS电磁扭转微镜对三角波参考信号的受限跟踪。本文具体研究工作包括如下几个方面:1.对实验平台中的MEMS电磁扭转微镜进行数学建模,建立微镜的数学模型,供之后使用输出调节理论为微镜系统设计内模和反馈控制器时使用。并在系统开环状态下验证所建微镜数学模型的有效性。2.研究一类非线性系统受限输出调节问题的解决方法。首先,根据内模原理,将原非线性系统的输出调节问题转换为加入内模结构后增广系统的稳定性问题,然后,使用Backstepping方法设计反馈控制器,使得增广系统实现Lyapunov稳定,进而解决原系统的输出调节问题。为了使得系统的跟踪误差受限,在设计反馈控制器时引入约束Lyapu nov函数(BLF技术),使原系统对参考信号的跟踪误差不仅渐进趋于零,还将跟踪误差约束在一个设定的限制区间内,使得系统的跟踪误差被限制,不会过大。3.使用之前所建的MEMS电磁扭转微镜的数学模型,基于输出调节理论,为MEMS电磁扭转微镜设计内模结构和反馈控制器,并引入约束Lyapunov函数,使得MEMS电磁扭转微镜实现对外部输入的三角波参考信号的受限跟踪,并防止微镜的跟踪误差过大导致微镜与底部螺旋线圈发生碰撞。在微镜实验平台上完成MEMS微镜对三角波的受限跟踪实验,验证输出调节理论能够用于解决MEMS微镜的受限跟踪控制问题。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH74

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 陈作贤;季海波;;具有自适应内模的一类非线性系统输出调节问题[J];控制与决策;2009年05期

2 陈作贤;季海波;何德峰;;一类输出反馈非线性系统的鲁棒输出调节[J];中国科学技术大学学报;2008年12期

3 季海波;陈作贤;;具有动态不确定的非线性系统的鲁棒自适应输出调节[J];中国科学技术大学学报;2008年07期

4 吴亮红;王耀南;周少武;袁小芳;;采用非固定多段映射罚函数的非线性约束优化差分进化算法[J];系统工程理论与实践;2007年03期

5 李以贵,远藤哲生,羽根一博;基于微机电系统技术的投影型微光学编码器[J];光学学报;2003年08期

6 程代展,董亚丽;输出调节和内模原理[J];自动化学报;2003年02期

7 李文宇,马君显,杨淑雯;微光电机械系统在光通信中的应用[J];深圳大学学报;2002年03期

8 罗均 ,谢少荣 ,龚振邦;面向MEMS的微细加工技术[J];电加工与模具;2001年05期

9 佘焱,张嗣瀛;一类时滞非线性控制系统的输出调节[J];控制理论与应用;2001年01期

10 佘焱,钱龙军,张嗣瀛;一类非线性控制系统的输出调节[J];控制与决策;1999年05期

相关博士学位论文 前2条

1 陈辉;MEMS扭转微镜的滑模控制研究[D];华南理工大学;2014年

2 王兴虎;输出调节问题的内模与控制器设计研究[D];中国科学技术大学;2012年

本文编号：2798417