为了实现激光追踪控制系统永磁同步电机的快速响应、高稳态精度、高鲁棒性控制，提出了一种基于改进型非线性扩张状态观测器(NESO)的激光追踪测量控制方法，采用电流预测控制算法提高了系统的动态响应速度，利用改进型NESO消除非线性扰动的干扰，提高了激光追踪控制系统的稳定性和鲁棒性。设定激光追踪控制系统可以实现1 m内猫眼反射镜1 m/s的跟踪，此时电机转速为955 r/min。实验结果表明，当电机转速为955 r/min时，稳态误差为1.7 r/min，速度稳定后向电机添加0.1 N·m的外加负载，速度降幅为1.85%。相较传统的比例积分(PI)控制方法，在转速超调量相同的情况下，改进型NESO控制方法的稳态误差更小，响应速度更快，速度回复更稳定，控制系统整体的抗干扰能力更强。

提出了一种基于双波长法补偿空气折射率的激光追踪测量系统的ZEMAX仿真分析方法。利用光学器件对偏振光的变换特性来建立系统的能量模型, 建立了基于ZEMAX软件的光学系统模型, 分析了光学系统中非理想的光学元件性能对干涉条纹对比度的影响。仿真分析结果表明, 当光学系统分光部分、追踪部分和接收部分的分光镜的分光比分别为2∶8、6∶4和5∶5时, 条纹对比度达到0.99, 光学系统的干涉效果最好。光学系统中的偏振分光镜在非理想条件下, 对干涉信号的条纹对比度的影响较小。

为实现对数控装备测量精度的快速检测, 面向激光追踪测量系统设计了一套二维万向节式回转轴系。将高精度标准球作为反射单元固定安装在基座上, 保证了激光追踪测量系统具有较大的跟踪角度, 同时避免了轴系回转时的窜动和游动对测量结果的影响。分析了轴系结构中主要几何误差对激光追踪测量系统测量精度的影响, 研究了轴系跳动误差与测量精度的关系, 并简化了轴系跳动误差模型。实验结果表明, 当轴系跳动误差在±5 μm以内时, 由该误差引起的激光追踪测量系统的测量误差不足0.1 μm, 保证了激光追踪测量系统具有消除跳动误差影响的能力。

为满足现代工业各领域对高精度、大测量范围、实时性测量的要求, 提出一种高精度激光追踪测量方法, 来实现对随动目标的精密追踪测量。基于四象限探测器的激光追踪测量系统可实时地测量入射激光光斑相对于四象限探测器中心的偏移量, 利用响应速度快的伺服电机、可编程多轴运动控制器(PMAC)的运动控制卡构建闭环控制系统, 实现高精度快速激光追踪测量。实验结果表明, 所提出的高精度激光追踪测量方法实时性好、测量精度高; 当在激光光斑距离四象限探测器中心±1000 μm范围内追踪测量时, 光斑偏移量误差为31.2 μm, 激光光斑返回四象限探测器中心的平均时间为0.259 ms。