提出了一种基于自适应卡尔曼滤波算法的精密指向机构速度估计方法，用控制误差的统计特性实时调节卡尔曼滤波参数。用实验方法建立直流伺服电机的数学模型，对基于该方法的速度回路控制与响应进行了仿真，与其他速度估计方法进行了对比，在试验转台的速度控制中实现了该方法及其他速度估计方法，并比较了几种方法的阶跃响应和正弦响应，验证了仿真结果。结果表明，自适应卡尔曼滤波能抑制噪声影响，测速精度与静、动态性能良好，对噪声变化的鲁棒性较好。

为了实现快速反射镜系统(FSM)的性能预测和快速设计, 建立了两轴FSM的动力学模型, 并提出了基于该动力学模型的FSM设计方法。介绍了FSM的结构与工作原理, 推导了FSM的理想动力学模型, 分析了FSM的高阶谐振和轴间耦合, 建立了二自由度FSM整体模型。基于该模型, 设计了某型FSM的主要参数, 并进行了性能仿真。根据所设计的参数制作了FSM试验样机, 测试了样机性能。试验结果表明: 模型性能仿真结果与试验样机测试结果基本一致, 系统带宽达到250 Hz以上, 调节时间小于15 ms, 超调量小于8%, 定位精度优于20 μrad。结果表明, 设计的FSM样机性能满足指标要求, 验证了该设计方法的有效性和正确性。

随着光电探测与制导伺服机构对精度和响应速度要求的提高, 传统伺服机构中诸如间隙、空回、磨损及摩擦等现象逐渐成为制约系统性能提高的主要因素。分析了高精密光电探测装备在车辆、舰船、飞机等载体上应用现状与未来需求, 指出了光电探测装备伺服机构技术发展中面临的挑战和设计制造瓶颈, 阐述了加强对精密传动机构的精度与动力学特性分析、机构制造、机械与控制集成设计方法等方面研究的重要性, 并针对影响伺服机构性能的若干重要问题, 提出了相应的研究策略与思路。

提出了基于集中柔度的柔性铰链单元的柔性支承结构，研究了这种柔性支承静动态特性的设计过程和设计方法。首先，从快速反射镜的工作机理出发，分析了系统对柔性支承的特性要求; 然后，结合现有两种柔性支承结构的特点，提出基于集中柔度的柔性铰链单元的柔性支承设计; 在分析单个柔性铰链刚度特性的基础上，研究了两轴柔性支承的设计方法; 最后，以通光口径为Φ90 mm、行程为±2 mrad、工作带宽为300 Hz的两轴快速反射镜为例，进行了两轴柔性支承的设计和特性计算。基于dSPACE半实物仿真系统建立了两轴柔性支承特性实验，对柔性支承的转动刚度进行测试，并对由设计的柔性支承组成的快速反射镜系统的控制性能进行分析。实验结果显示：设计的快速反射镜系统的一阶机械响应频率为78 Hz，闭环控制带宽为340 Hz，满足设计要求，表明基于集中柔度的柔性铰链单元的柔性支承可以满足行程若干mrad，工作带宽数百Hz的两轴快速反射镜的应用需求，且具有加工工艺性好，转动中心稳定等优点。

针对陀螺安装误差影响视轴稳定平台精度的问题,深入研究了其影响的作用机理及程度.以两轴稳定平台为具体对象,应用PIOGRAM图方法,讨论了安装误差对陀螺敏感量的运动学影响.并对陀螺安装误差影响系统精度以某实际模型为例进行了仿真分析,得出了其对稳定精度影响更为具体的解释.这对陀螺安装误差的标定、机构设计中安装面精度的取定以及误差分配等都具有参考作用.

介绍了一类使用微机电速率陀螺组合、具有全稳定功能、且无天顶跟踪盲锥区的新型高精度三轴光电稳定跟踪装置的稳定机理.首先分析了该类装置中的坐标系及其相互之间的关系,然后运用多体力学的方法推导了该类装置的运动学方程,得出了三轴平台式速率稳定装置的数学模型.该模型表明,实现三轴全姿态稳定,不同的陀螺安装方法有不同的优缺点.研究了由于瞄准线稳定误差带来的图像相对运动和变形情况,分析了瞄准线稳定精度对图像稳定精度的影响.结果表明,两轴稳定装置绕轴线的旋转会造成比较大的图像稳定误差,而三轴稳定装置可以有效抑制绕轴旋转误差,从而达到较高的图像稳定精度.

给出了一类光电稳定跟踪装置的框架伺服控制方案,重点研究了速率稳定环的设计过程,使用dSPACE半实物仿真系统进行了速率回路开环特性的模型辨识和高阶滞后超前控制器设计,对于数字化频率特性测试时产生的相位滞后现象进行了理论推导,并提出了相位补偿公式.对于经典控制器可能遇到的精度不足的问题,介绍了相应的非线性补偿方法.针对伺服系统的位置跟踪环和速度稳定环在频域存在的耦合现象,深入分析了产生频域耦合的原因和相应的解耦设计方法,提出了此类系统位置跟踪环和速度稳定环的理想设计模型.在此基础上讨论了姿态干扰隔离度的概念,推导了隔离度的计算公式.对系统工作过程中可能遇到的5种典型情况进行了仿真试验,仿真结果验证了有关概念的正确性.

以微机电陀螺在高精度光电稳定跟踪装置中的应用为背景,研究了陀螺输出噪声对光电稳定跟踪平台精度的影响.结果表明,陀螺噪声会引起平台基准轴的抖动和缓慢漂移.根据微机电陀螺的实测数据,分析了其噪声特性.基于AR模型建立了微机电陀螺的噪声统计模型.研究了基于Kalman滤波的陀螺去噪算法,给出了去噪结果,分析了该算法不能够取得较好滤波效果的原因.针对Kalman滤波在微机电陀螺信号低频去噪方面的局限性,将基于阈值决策的小波去噪方法应用于微机电陀螺的信号处理中,给出了滤波结果.实测结果表明由于后者不依赖于噪声的精确模型,可根据噪声在不同频段的统计特性采用阈值决策滤波,具有更好的抑噪效果.最后给出了两种滤波算法的比较.