为了解决高型控制方法在光电伺服跟踪系统应用中存在的稳态精度与超调量之间的矛盾, 设计了一种由多种群遗传算法(MPGA)优化的模糊Ⅱ型控制方法。该方法在经典Ⅰ型双闭环反馈控制器的速度环之前并联一个积分环节, 将系统型别增加到Ⅱ型, 以此加快反应速度、减小稳态误差; 并引入模糊控制器(FLC), 根据系统状态动态调节积分环节的增益, 实现动态高型控制, 既抑制系统震荡, 又保证稳态精度; 然后用MPGA优化FLC的输入输出比例因子, 得到最优控制参量。对该控制系统进行了理论分析, 并将各阶段优化系统进行了对比实验。结果表明, 在相同实验条件下, 采用MPGA优化的模糊Ⅱ型控制系统实现了对系统的动态高型控制, 既能保证原系统的超调量不变, 又能将稳态误差减小88.55%, 明显提高了控制系统的稳态精度。该研究对优化光电伺服跟踪系统是有帮助的。

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。

在微弧度级的大型望远镜中，抑制振动已经成为一项非常关键的技术。在微弧度级的大型望远镜中，抑制振动已经成为一项非常关键的技术。经典的反馈控制方法由于图像传感器本身具有采样频率低、积分时间长的特点使得控制回路的带宽受限的原因不能很好地抑制回路中的扰动，尤其是存在范围广、能量较大的宽带扰动。本文基于优化的力设计理念提出一种扰动抑制的 Youla控制器优化设计方法来提高系统的宽带扰动抑制能力。在可以获取到宽带扰动频率的情况下，该方法通过设计合适的 Q滤波器去适应宽带扰动，从而达到抑制扰动的目的。仿真及实验结果表明，相对于传统的比例-积分控制方法，该方法极大地提高了系统的宽带扰动抑制能力，增强了系统的闭环性能。此外，由于此方法模型依赖程度低、易于实现，故可以推广到许多工程实际中。

提出了一种基于级联神经网络的无人机目标关键点检测算法。该算法采用的网络由两部分级联而成: 网络 1负责对目标整体进行检测; 网络 2接收目标图像作为输入, 输出目标上关键点位置信息。针对现有方法通过加深网络提升准确性带来的低实时性问题, 该算法通过引入两种跨层级连接方式, 加强神经网络对全局信息的重利用, 提升关键点定位的准确性, 同时利用深度可分离卷积降低网络参数量, 提升实时性。经测试集数据验证, 该算法在复杂环境下关键点定位相对误差为 0.03, 在 NvidiaGeforceGTX1080ti上平均运行速度为 28f/s。在保证较高定位准确性的同时, 满足当前应用对算法实时性的要求。

为提高快速反射镜系统 (FSM)的可靠性，本文设计实现了基于观测器的故障检测。首先，建立 FSM的动力学模型，得到以状态空间方程表示的 FSM系统。接着，基于状态空间方程建立故障检测观测器，通过比较系统传感器测量值和观测器所表示的相应变量信息，生成残差。最后，设计相应的残差评价函数，并将其与阈值函数比较给出传感器故障与否的信息。实验结果表明，在无需额外硬件的条件下，残差向量能够及时正确指示各传感器故障信息。

目标快速运动及舰载平台姿态变化使得舰载光电跟踪系统形成较大的跟踪误差。为了减小该误差, 提出了一种基于前馈控制的补偿方案。该方案利用坐标变换给出了由船摇和目标运动引起的跟踪扰动量, 并通过滤波求取该扰动量的一阶导数, 以此作为跟踪系统的前馈量加入系统中, 达到对扰动进行补偿的效果。仿真结果显示, 系统的跟踪精度提高了一个数量级。

在舰载平台上的光电跟踪系统，由于船体姿态的变化，其视场会沿视轴转动从而引起跟踪误差。为了解决这一问题，提出了一种基于四元数坐标变换的补偿方法。通过研究视场在各个坐标系下的状态，定量地给出了船体姿态对视场旋转的影响，并确定了视场旋转量与方向，同时，研究了跟踪系统装配误差对视场旋转的影响，为实时消除由船摇引起的视场旋转提供了理论依据。

针对机动平台光电跟踪系统跟踪目标需具备较强动态抗扰能力的问题，提出了一种将包含了非线性跟踪微分器、扩张状态观测器、非线性状态误差反馈三个环节的结构完整的自抗扰控制器用于光电跟踪伺服系统的速度环的思路。针对某单轴稳定转台设计了二阶自抗扰控制器，并进行了仿真研究。结果表明，该控制器对外扰变化及系统模型不确定性具有良好的鲁棒性和适应性，且能有效抑制系统中存在的非线性因素的影响。

针对惯性平台稳定回路中采用速率陀螺构成单速度环伺服控制系统的不足，本文提出采用直流测速机为电机转速测量反馈元件构成数字速度内环，采用陀螺为载体转速测量元件构成数字稳定外环组成双速度闭环串级控制结构。在常规的跟踪系统PI 控制方式中，实现了由电流环，速度环，稳定环构成的三闭环控制模式，并和电流环、单速度稳定环构成的双闭环控制方式进行比较。实验结果表明：在扰动频率较高环境下，采用单速度环即可获得较好的稳定精度。而采用双速度环提高了系统对低频的抑制能力，并且对摩擦等非线性因素有更好的抑制作用。

提出了一种基于地平式光电经纬仪并带有姿态稳定装置的柔性悬吊平台光电系统的结构,以实现精密指向。根据系统各部件之间的运动学关系,采用通路矩阵、约束力元矩阵等方法描述了系统的拓扑构型。采用拉格朗日方法建立了系统的多刚体动力学模型。仿真实验研究了平台绕垂线的转动以及垂线－地平面内的摆动对视轴指向精度的影响。仿真结果:若系统沿垂线方向的转动惯量在10³ kg·m2 量级、反捻机构残余力矩10^-2 N·m 的量级,方位轴的控制指向精度与光电传感器的分辨率精度相当,可以达到10^-5 rad。如果缆绳的长度在10 m 数量级,系统绕摆动轴的转动惯量将达到10⁵~10⁷ kg·m² 量级。平台的摆动幅度在0.017 rad 时,视轴的指向控制精度可以控制在10^-4 rad 量级。仿真结果表明:反捻机构开启、光电系统指向控制能力强时,可以不对平台进行姿态控制。另外,摆动将造成经纬仪两个轴系的耦合。