【摘要】：MEMS(Micro-Electro-Mechanical-System)微鏡是一種大小量級在微米級別的光學(xué)儀器,被廣泛應(yīng)用于圖像掃描,光學(xué)通信,高清晰投影和醫(yī)學(xué)成像等領(lǐng)域,在學(xué)術(shù)研究和工程應(yīng)用方面受到人們的高度關(guān)注,成為眾多學(xué)者的研究熱門。而電磁驅(qū)動式扭轉(zhuǎn)微鏡,屬于MEMS微鏡中的一個子類別,由于其具有驅(qū)動電壓小,對信號響應(yīng)速度快,掃描范圍廣等特點,具有很好的應(yīng)用價值,所以本文選用MEMS電磁扭轉(zhuǎn)微鏡作為研究對象。三角波信號在每一次掃描過程中具有勻速掃描的特點,因此三角波信號在條形碼掃描等應(yīng)用領(lǐng)域中,有良好的使用性能,所以解決對三角波信號的跟蹤控制問題具有十分重要的工程應(yīng)用意義。而在現(xiàn)代控制理論研究中,輸出調(diào)節(jié)理論一直是一個熱門研究方向。輸出調(diào)節(jié)理論是解決伺服系統(tǒng)跟蹤控制問題的一個重要實用的控制方法。因此本文使用輸出調(diào)節(jié)理論作為控制方法,并結(jié)合BLF(Barrier Lyapunov function)技術(shù),實現(xiàn)MEMS電磁扭轉(zhuǎn)微鏡對三角波參考信號的受限跟蹤。本文具體研究工作包括如下幾個方面:1.對實驗平臺中的MEMS電磁扭轉(zhuǎn)微鏡進行數(shù)學(xué)建模,建立微鏡的數(shù)學(xué)模型,供之后使用輸出調(diào)節(jié)理論為微鏡系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)模和反饋控制器時使用。并在系統(tǒng)開環(huán)狀態(tài)下驗證所建微鏡數(shù)學(xué)模型的有效性。2.研究一類非線性系統(tǒng)受限輸出調(diào)節(jié)問題的解決方法。首先,根據(jù)內(nèi)模原理,將原非線性系統(tǒng)的輸出調(diào)節(jié)問題轉(zhuǎn)換為加入內(nèi)模結(jié)構(gòu)后增廣系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題,然后,使用Backstepping方法設(shè)計反饋控制器,使得增廣系統(tǒng)實現(xiàn)Lyapunov穩(wěn)定,進而解決原系統(tǒng)的輸出調(diào)節(jié)問題。為了使得系統(tǒng)的跟蹤誤差受限,在設(shè)計反饋控制器時引入約束Lyapu nov函數(shù)(BLF技術(shù)),使原系統(tǒng)對參考信號的跟蹤誤差不僅漸進趨于零,還將跟蹤誤差約束在一個設(shè)定的限制區(qū)間內(nèi),使得系統(tǒng)的跟蹤誤差被限制,不會過大。3.使用之前所建的MEMS電磁扭轉(zhuǎn)微鏡的數(shù)學(xué)模型,基于輸出調(diào)節(jié)理論,為MEMS電磁扭轉(zhuǎn)微鏡設(shè)計內(nèi)模結(jié)構(gòu)和反饋控制器,并引入約束Lyapunov函數(shù),使得MEMS電磁扭轉(zhuǎn)微鏡實現(xiàn)對外部輸入的三角波參考信號的受限跟蹤,并防止微鏡的跟蹤誤差過大導(dǎo)致微鏡與底部螺旋線圈發(fā)生碰撞。在微鏡實驗平臺上完成MEMS微鏡對三角波的受限跟蹤實驗,驗證輸出調(diào)節(jié)理論能夠用于解決MEMS微鏡的受限跟蹤控制問題。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TH74

【參考文獻】

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本文編號：2798417