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微隧道式加速度计的最优控制
  • ISSN号:1004-924X
  • 期刊名称:光学精密工程
  • 时间:2013
  • 页码:1561-1567
  • 分类:TH824.4[机械工程—仪器科学与技术;机械工程—精密仪器及机械] U666.16[交通运输工程—船舶及航道工程;交通运输工程—船舶与海洋工程]
  • 作者机构:[1]厦门大学机电工程系,福建厦门361005, [2]厦门大学航空系,福建厦门361005
  • 相关基金:国家自然科学基金资助项目(No.51035002); 青年科学基金资助项目(No.51105320); 中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(No.2010121039)
  • 相关项目:柔性电子跨尺度喷印制造中动力学行为与多场调控
中文摘要:

为了扩大隧道式加速度计(MTA)的动态测量范围并通过降低系统中的主要噪声来提高器件的性能,本文为隧道式加速度计(MTA)设计了线性二次高斯(LQG)控制器。推导了微隧道式加速度计的线性化状态-空间方程;依据分离定理,设计了卡尔曼滤波器和最优状态反馈控制器;最后,在Matlab/Simulink中构建了由卡尔曼滤波器和最优状态控制器串联的LQG仿真系统并进行了动态和静态测试。仿真结果表明,LQG最优控制系统能够将微隧道式加速度计的带宽从2×103 rad/s扩大到3×106 rad/s。通过LQG最优控制,静态测试结果显示其静态隧道电流的波动从1nA~2.95nA降到0.73nA~1.14nA;动态实验数据表明其在方波加速度信号的作用下能够将隧道间隙维持在1nm。

英文摘要:

To enlarge the dynamic measurement range of a Micromachined Tunneling Accelerator (MTA) and to improve its performance by reducing the influence of main noise operated in a closed- loop mode,a Linear Quadratic Gaussian (LQG) optimal controller was designed for our MTA to main- tain a constant tunneling gap. The linear state space equation for the MTA was deduced, and an Kal- man filter and an optimized sate feedback controller were designed. Finally, a simulation system was constructed by combining the Kalman filter and the optimized sate feedback controller in series, and simulation tests were performed. Obtained results show that the bandwidth of the MTA has been in- creased from 2)〈 103 rad/s to 3)〈 106 rad/s by the optimal control system. Moreover, the fluctuation of the static tunneling current is decreased from 1--2.95 nA to 0.73--1.14 nA from a static test and the distance from the proof mass to the tunneling electrode is effectively regulated to its nominal value of 1 nm under the dynamic square-wave accelerator.

同期刊论文项目
期刊论文 74 会议论文 24 专利 35 著作 1
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期刊信息
  • 《光学精密工程》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 中国仪器仪表学会
  • 主编:曹健林
  • 地址:长春市东南湖大路3888号
  • 邮编:130033
  • 邮箱:gxjmgc@sina.com;gxjmgc@ciomp.ac.cn
  • 电话:0431-86176855 84613409传
  • 国际标准刊号:ISSN:1004-924X
  • 国内统一刊号:ISSN:22-1198/TH
  • 邮发代号:12-166
  • 获奖情况:
  • 三次获得“百种中国杰出学术期刊”,2006年获得中国科协择优支持基金,2007年获“吉林省新闻出版精品期刊奖”,2008年获“中国精品科技期刊”,2012年《光学精密工程》看在的3篇论文获得中国百...,第三届中国出版政府奖提名奖
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版)
  • 被引量:22699