精密控制技术离不开光机电结构配置、电机驱动、传感器、控制算法以及载荷平台的发展，它是实现高精度光电跟踪的必要手段。无论固定地基平台还是运动平台，扰动抑制、目标跟踪以及分布式智能协同的三大关键技术始终是光电跟踪控制系统面临的技术难点。本文综述了针对上述几大关键问题的精密控制技术，展示了一些先进和前沿控制技术的研究成果，同时指出未来重点研究方向的主要思路。根据扰动影响的不同机理，从精密驱动、惯性稳定、振动控制三个方面介绍了相应扰动抑制技术的研究进展以及热点，并强调基于 Stewart平台的振动与指向一体化技术是空间光电跟踪系统的重要技术方向。复合轴控制系统仍然是提高目标跟踪最有效的根本方式，最基本的技术问题是提高精跟踪倾斜镜跟踪系统的性能。观测器控制尤其是仅有误差测量的观测器技术特别适用于复合轴光电跟踪系统，发展三级或者更高级的复合轴系统应该特别注意高性能电机的应用。最后，提出多智能协同光电系统是光电跟踪领域未来重点的发展方向，需要研究多智能体的协同定位、编队控制以及载荷平台一体化等精密控制技术。

Structural vibrations in Tip-Tilt modes usually affect the closed-loop performance of astronomically optical telescopes. In this paper, the state of art control methods—proportional integral (PI) control, linear quadratic Gaussian (LQG) control, disturbance feed forward (DFF) control, and disturbance observer control (DOBC) of Tip-Tilt mirror to reject vibrations are first reviewed, and then compared systematically and comprehensively. Some mathematical transformations allow PI, LQG, DFF, and DOBC to be described in a uniform framework of sensitivity function that expresses their advantages and disadvantages. In essence, feed forward control based-inverse model is the main idea of current techniques, which is dependent on accuracies of models in terms of Tip-Tilt mirror and vibrations. DOBC can relax dependences on accuracy model, and therefore this survey concentrates on concise tutorials of this method with clear descriptions of their features in the control area of disturbance rejections. Its applications in various conditions are reviewed with emphasis on the effectiveness. Finally, the open problems, challenges and research prospects of DOBC of Tip-Tilt mirror are discussed.

为研究末端带载荷的单连杆机械臂振动模态问题, 首先利用材料力学方法, 给出了末端带载荷的单连杆机械臂以积分方程表示的弯矩, 然后将该积分方程转化成形式上与 Euler-Bernoulli方程相同, 但边界条件不同的偏微分方程。通过解微分方程组确定了振型函数。给出了末端带载荷的单连杆机械臂振动固有频率满足的方程, 提出了计算固有频率的迭代方法, 同时也给出了计算固有频率的近似公式。与固有频率精确值的对比结果说明, 除第一个外, 其余固有频率的近似值与精确值的误差不超过 10-4, 且随着频率序数的增加, 近似值与精确值的误差趋于零。

为解决三关节空间机械臂能耗最小路径规划问题, 给出了空间机械臂能耗函数, 将其视为各关节角函数的泛函, 从而将能耗最小路径规划问题转化成了固定边界的泛函求极值问题。利用变分法求出了能耗最小路径的微分方程组。利用上三角矩阵逆矩阵的表示式, 将微分方程组转化成以标准状态方程的形式表示的微分方程组。与微分几何的方法相比, 这种方法避免了逆矩阵的运算, 使转化过程的运算更加简单。针对一组三关节机械臂参数, 利用 Matlab进行了仿真, 求出了以标准状态方程的形式表示的微分方程组初值问题的解。利用随机搜索方法通过初值问题的解得到了边值问题的解, 实现了能耗最小路径规划, 并证实了变分法的可行性。

为求解机械臂最短路径问题, 导出了机械臂末端路径长度的表示式, 并将最短路径问题归结为一个泛函极值问题。为简化求解过程, 将泛函极值问题转化成另一个同解的泛函极值问题, 并利用变分法求出了表示后一问题解的微分方程组。利用上三角矩阵逆矩阵的表示式, 将该微分方程组转化成了标准状态方程组, 与微分几何方法相比, 避免了逆矩阵计算, 使转化过程更加简单。利用 Matlab进行仿真, 求出了 3R机械臂最短路径所对应的三个关节角度的位移函数。

通过对机械臂末端角位移和位移直接求导, 给出了末端速度和加速度的解析表示公式, 并由此给出了迭代计算程序。由于迭代计算不需要计算第 n-1个坐标系到第 0个坐标系的变换矩阵, 因此使算法得到了简化, 有利于提高机械臂控制的实时性。

针对封闭空间内的激光漫射通信, 提出一种码速率的自适应确定方法。与传统的自由空间激光通信技术相比, 该方法在通信的开始阶段增加了一个码速率测试环节, 在这一环节中, 设备 1和设备 2采用固定的低码速率通信, 设备 1向设备 2发送一组 “ 1”和“ 0”交替出现的测试数据。利用接收数据可以计算出信号“ 1”的持续时间以及当前环境中合适的通信码速率。设备 2将该码速率传给设备 1后, 两设备将利用新的码速率通信。该方法的特点之一是既不会因激光漫射的延迟导致通信误码, 也不会因码速率太低而浪费通信资源; 该方法的特点之二是应用过程中不必考虑具体的通信环境, 码速率可以由软件自动获得。

为了缓解各种宽带和窄带扰动引起的光束抖动，提高自由空间激光通信卫星平台捕获跟瞄(ATP)系统的瞄准精度，在传统的比例积分微分(PID)反馈算法基础上增加一套误差自适应前馈控制算法构成误差自适应前馈复合控制。误差自适应前馈复合控制结合了PID反馈算法和自适应前馈算法的优点，能更好地抑制卫星终端精跟踪系统承受的扰动，而且具有不需要额外前馈传感器的优点，不增加系统硬件的复杂性和成本。在实验室搭建了快速反射镜实验系统对这种复合控制算法进行了实验，实验结果表明，误差自适应前馈复合控制算法相对于经典PID反馈算法精度提高了约5倍；相对于自适应前馈算法精度提高了约1倍。误差自适应前馈复合控制算法在不增加系统复杂性的同时能进一步缓解光束抖动，提高卫星平台ATP系统精度。