提出并实现了一套基于瞳面干涉和小波变换的零差激光测振系统，提高了多普勒信号的质量和信号处理精度。该系统将瞳面干涉技术引入到激光多普勒测振中，克服了像面干涉测振光路中复杂振动引起的探测光斑相对探测器偏移的现象，抑制了漂移引起的多普勒信号被调制的现象。在振动信息提取环节，采用小波脊提取算法提取信号瞬时频率，进而解算得到振动速度。将标准振动台作为振动源，磁电式速度传感器作为测量参考，通过测速与测振实验对系统性能进行验证。实验表明，所设计的系统对振动物体速度的测量与磁电式速度传感器具有一致性，对不同简谐振动参数的测量相对误差均在1.5%以内。

为了满足地基大口径望远镜精密稳像系统的需求, 对大口径快摆镜(FSM)的控制方法进行了研究。为了解决三促动器FSM的运动解耦为系统辨识带来的困难, 通过解析法和系统辨识法相结合建立了FSM 的传递函数模型。依据该模型, 设计了PID控制器与模型预测控制器(MPC), 采用仿真和实验两种方式比较了两种控制器的效果。仿真结果表明, 在受到阶跃扰动后, MPC控制器的恢复速度是PID控制器的45倍。在50 Hz正弦信号下, 由于FSM的大惯量特点, PID控制器有严重的时滞, 而MPC控制器能以1.224×10-6″的误差稳定跟随。在噪声抑制方面, 对实时加入10%幅值噪声的随机信号, MPC控制器的噪声抑制效果是PID控制器的13.3倍。实验结果表明, MPC控制器能以0.430″的误差稳定跟随50 Hz正弦信号, 其跟踪精度是PID控制器的3.212倍, 采用MPC控制器的快摆镜能满足快摆镜高带宽和高精度的需求。

针对拼接镜面望远镜主动光学控制技术的要求, 设计了一种改进型自抗扰控制器以改善位移促动器系统的位置跟踪性能和提高抗扰动能力。首先, 建立了拼接镜面位移促动器系统及扰动风载的数学模型; 设计了改进型自抗扰控制器, 并给出了控制器参数选择的方法。其次, 对位移促动器控制系统进行了仿真分析, 验证了控制器的可行性。最后, 利用风载扰动模拟装置, 在位移促动器系统中引入扰动, 并对比改进型自抗扰控制器与线性自抗扰控制器以及PID控制器控制性能。实验结果表明, 改进型自抗扰控制器系统阶跃跟踪的稳定时间为201 ms, 稳态均方差为7.1 nm, 无超调; 风载干扰实验中, 改进型ADRC的最大偏差值为38.8 nm, 稳态均方差为7.6 nm, 改进型ADRC的性能明显优于线性自抗扰控制器和PID控制器, 对提高位移促动器系统的性能有较高的实用性。

为了深入研究望远镜的负载扭矩随着温度降低而增大的机理, 提高低温下伺服系统的跟踪精度。首先分析了轴承摩擦扭矩的各种影响因素和低温对负载扭矩的影响, 研究了润滑剂黏度随温度的变化规律, 试验对比了有无添加润滑脂情况下负载扭矩的变化, 结果表明在低温下无润滑脂时负载扭矩的波动减少并且线性度提高。其次分析了轴承摩擦扭矩和间隙的关系, 采用电阻应变片法测量不同材料在不同温度下的热膨胀系数, 建立起材料膨胀系数和扭矩的相关特性, 结果表明低温下负载扭矩是常温下的6.67倍, 而材料尺寸的最大缩短量达到960 με。通过对低温负载扭矩机理的研究, 可为低温环境下望远镜的精确控制提供理论和试验数据。

研究了大型天文望远镜摩擦传动系统的运行原理和特性,并进行了实验.结果表明,影响摩擦传动低速稳定运行的因素很多,主要有:编码器的测量误差,环境变化引起的误差,摩擦力矩和电机波动力矩等引起的误差,以及加工制造和安装引起的误差.另外在整个传动链中其它部分的摩擦力矩也不可能是一个定值,也存在力矩波动.结果还表明,利用非线性PID控制算法增益参数非线性变化的特性,可以使得控制系统既能达到响应速度快,无超调的目的,又能增强抵抗影响摩擦传动低速稳定运行因素的能力.实验中,低速可以达到0.2″/s,位置精度为0.032″(RMS),证明了这种方法是行之有效的.