近红外QEPAS痕量CO_2检测系统优化研究

现有的近红外石英增强型光声光谱技术(QEPAS)痕量二氧化碳气体检测存在信噪比低,灵敏度较低,检测下限较高,有效测量范围窄的问题,难以满足在环境监测,工业生产等方面的检测需求。搭建了近红外QEPAS痕量CO_2气体检测系统,选择了中心波长为1.58μm(1580.0395nm)的窄线宽分布反馈式半导体激光器(DFB)为激励光源,并对系统进行优化设计。采用波长调制方法,选用四组不同浓度CO_2气体作为检测对象,研究了波长调制深度对二次谐波信号幅值的影响,确定最佳调制电流为10mA,提高了检测信号幅值;并对光声探测模块进行了优化设计,降低了噪声信号幅值,优化后系统的信噪比提高为优化前的2.2倍。对优化后的系统进行了检测极限灵敏度测量实验,系统的检测极限灵敏度从优化前的240ppm降低为83ppm,信噪比为12。证明了这些优化方法有效地降低了系统的检测下限,提高了检测灵敏度和信噪比,增强了对复杂环境的适应性。

航天器编队飞行自适应协同避碰控制

为解决航天器编队飞行系统中存在通信时延、参数不确定的跟踪问题,并实现避免碰撞的控制目标,基于编队航天器的相对运动非线性动力学模型和势函数方法,对航天器编队飞行系统的自适应协同避碰控制方法进行了研究.首先,在全状态反馈控制的情况下,提出了一种对通信时延和参数不确定具有鲁棒性的自适应协同避碰控制律;其次,进一步考虑速度信息不可测量的情况,通过引入一种新型滤波器设计了无速度测量的自适应协同避碰控制律,使得编队航天器实现对期望轨迹的跟踪,同时能够保证航天器编队飞行系统中航天器在安全区域飞行,避免发生相互碰撞.最后,针对全状态反馈和无速度测量反馈的情况分别分析了航天器编队飞行闭环系统的Lyapunov稳定性,显著增强了闭环系统对通信时延和参数不确定的鲁棒性.结果表明,所设计的两种自适应协同避碰控制律可以有效地保证编队飞行航天器对期望轨迹的跟踪,且系统可以实现避免碰撞的编队飞行任务.

多Euler-Lagrange系统协同跟踪避碰控制

为解决多Euler-Lagrange系统的协同控制、跟踪控制以及避免碰撞等重要的安全问题,提出了一种新颖的协同跟踪控制方法。该算法将势函数与拓扑连通性技术相互结合,利用构造的势函数来描述避免碰撞的要求,并基于此为多Euler-Lagrange系统设计了协同跟踪控制律,使得系统在实现目标跟踪的同时,能够避免智能体之间的相互碰撞。对于所提出的控制律,通过合理地应用Lyapunov稳定性理论分析了系统的稳定性。最后,仿真结果表明了所设计控制律的有效性。

多Euler-Lagrange系统有限时间跟踪控制

为解决多Euler-Lagrange系统有限时间的跟踪控制问题,提出了一种基于非奇异终端滑模的有限时间跟踪控制方法。通过建立多Euler-Lagrange系统动力学跟踪误差模型,将引入连续超螺旋高阶控制项,与所提出的非奇异终端滑模面相结合,设计了一个基于超螺旋的非奇异终端滑模控制方法,使多Euler-Lagrange系统能够消除抖振现象,同时在有限时间内实现对期望目标的跟踪。通过选取合适的Lyapunov函数和相应的仿真证明了所设计控制方法的有效性。