为了进一步抑制装配误差扰动对快速反射镜控制系统输出性能的影响，提升系统的跟踪精度，基于干扰观测原理，提出了一种具有内、外双干扰观测环节的扰动抑制方法。分析了快速反射镜组件装配误差对控制系统精度的影响，建立了不平衡力矩扰动的等效数学模型；利用内环干扰观测环节实现对中高频扰动的抑制，应用外环干扰观测环节补偿内环干扰观测环节的中低频扰动放大作用并提供中低频扰动抑制；分析了提出方法的输入和误差信号传递过程，设计了扰动抑制系统各控制器的控制参数；搭建了虚拟样机仿真测试平台，对控制系统的性能进行了测试。结果显示，加入双干扰观测环节前后，虚拟样机系统的调节时间误差为0.54%，对于15 Hz等效扰动，扰动抑制能力提升了25.23%。理论和实验结果表明，双干扰观测环节的引入可以有效抑制装配误差的扰动。

根据天基平台激光辐照空间碎片捕获系统的应用需求, 设计了一种两轴水平框架式粗跟踪结构, 提出了一种基于加速度闭环的PI速度环控制方法用于实现跟踪系统的闭环髙带宽控制和髙精度跟踪。 首先, 根据光束传播路径和负载几何尺寸要求设计了水平式粗跟踪框架的经纬轴结构, 并对单轴结构 进行了模型简化, 建立了单轴二质阻尼刚度简化模型的动力学方程; 对系统进行了振动分析, 根据系 统的谐振频率和电机锁定转动频率确定了跟踪架主要结构参数; 设计了一种速度加速度双闭环控制系 统, 确定了系统控制器和控制参数; 最后对控制系统进行了性能测试。测试结果显示, 控制系统满足 性能指标要求, 相较于带有结构滤波器的PI速度环控制系统, 带宽提升了 28.2%; 基于加速度闭环的 PI速度环控制系统在调节时间上提升了 78.6%, 超调量降低了 94.08%; 基于加速度闭环的PI位置环 控制系统的调节时间为0.085 s,超调量为11.66%, 具备较小的跟踪误差和较强的抗干扰能力。

天基平台快速反射镜在工作过程中受到空间电离辐射和天体摄动力的影响, 会在音圈电机和负载输出端引起电流以及位置扰动, 降低系统稳态精度和跟踪精度。为了减小扰动对系统的影响, 在音圈电机输出电流路径和负载输出位置路径分别设计了扰动观测环节用于实现对特定扰动的抑制。首先, 分析了天基环境下各扰动信号对系统输出精度的影响; 然后, 在系统中分别引入了电流和运动状态干扰观测环节, 根据系统分析结果设计了各 DOB(disturbance observer)环节控制器参数; 最后, 对理论模型进行了数值仿真并与刚柔耦合虚拟样机控制系统模型测试结果进行了对比分析。结果显示, 当扰动电流和扰动位置频率分别为 200 Hz和 40 Hz时, 双 DOB系统对扰动的抑制能力可达 92.59%, 虚拟样机测试结果与理论结果的误差均在 10%以内。

为减少快速反射镜状态空间建模过程中所需的结构参数数量，提出了一种基于系统辨识的状态模型构建方法，采用该方法建立状态模型时只需使用音圈电阻和电感两个结构参数。基于状态模型，设计了一套由降阶观测器、状态反馈、内模和镇定补偿器构成的组合控制系统，利用状态反馈完成对内模和镇定补偿器的设计，通过设计降阶观测器实现对电流和角速度的获取，组合系统可同时实现对输入信号的渐进跟踪和干扰的抑制。在 SIMULINK中建立仿真模型，仿真结果显示，不考虑干扰作用时，相较于不完全微分 PID（Proportion Integration Differentiation）控制系统，组合系统的调节时间下降了 53.6%，超调量上升了 131.2%；加入干扰信号后，不完全微分 PID控制系统的动稳态性能有明显下降，而组合系统的输出性能基本不受影响。仿真结果验证了理论分析的正确性。

快速反射镜(fast steering mirror, FSM)的反射镜组件在装配过程中的装配误差会造成反射镜质心偏离系统几何中心, 基座角运动时该装配误差会在系统中产生不平衡力矩。为了研究该力矩对快速反射镜控制系统精度的影响, 建立了装配误差作用下快速反射镜控制系统的等效扰动模型, 并提出了一种改进干扰观测器( disturbance observer, DOB)用于抑制该扰动。仿真结果表明, 无论扰动的频率是否在系统闭环带宽的作用范围内, 不平衡力矩的存在都会降低系统的跟踪精度, 改进 DOB环节的引入可以有效地抑制等效扰动对控制系统性能的影响, 当等效扰动的频率为 116 Hz时, 对扰动幅值极值的抑制可达 14.81%。

为了保证快速反射镜控制系统在时域和频域同时具有良好性能, 采用了一种改进根轨迹的控制参量设计方法。首先, 根据辨识出的模型, 建立音圈电机驱动的快速反射镜传递函数的根轨迹; 其次, 根据对控制系统性能指标的要求, 导出闭环控制系统预期主导极点位置; 再次, 通过配置控制器的零点位置, 使系统的根轨迹具有预期的主导极点; 最后, 根据模值公式和相角公式, 确定系统增益和控制器极点位置。结果表明, 采用改进根轨迹法设计的控制系统具有良好的动态性能, 还可以有效抑制闭环系统的机械谐振, 而且简单易行、通用性强。