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。

为研究末端带载荷的单连杆机械臂振动模态问题, 首先利用材料力学方法, 给出了末端带载荷的单连杆机械臂以积分方程表示的弯矩, 然后将该积分方程转化成形式上与 Euler-Bernoulli方程相同, 但边界条件不同的偏微分方程。通过解微分方程组确定了振型函数。给出了末端带载荷的单连杆机械臂振动固有频率满足的方程, 提出了计算固有频率的迭代方法, 同时也给出了计算固有频率的近似公式。与固有频率精确值的对比结果说明, 除第一个外, 其余固有频率的近似值与精确值的误差不超过 10-4, 且随着频率序数的增加, 近似值与精确值的误差趋于零。

为解决三关节空间机械臂能耗最小路径规划问题, 给出了空间机械臂能耗函数, 将其视为各关节角函数的泛函, 从而将能耗最小路径规划问题转化成了固定边界的泛函求极值问题。利用变分法求出了能耗最小路径的微分方程组。利用上三角矩阵逆矩阵的表示式, 将微分方程组转化成以标准状态方程的形式表示的微分方程组。与微分几何的方法相比, 这种方法避免了逆矩阵的运算, 使转化过程的运算更加简单。针对一组三关节机械臂参数, 利用 Matlab进行了仿真, 求出了以标准状态方程的形式表示的微分方程组初值问题的解。利用随机搜索方法通过初值问题的解得到了边值问题的解, 实现了能耗最小路径规划, 并证实了变分法的可行性。

为求解机械臂最短路径问题, 导出了机械臂末端路径长度的表示式, 并将最短路径问题归结为一个泛函极值问题。为简化求解过程, 将泛函极值问题转化成另一个同解的泛函极值问题, 并利用变分法求出了表示后一问题解的微分方程组。利用上三角矩阵逆矩阵的表示式, 将该微分方程组转化成了标准状态方程组, 与微分几何方法相比, 避免了逆矩阵计算, 使转化过程更加简单。利用 Matlab进行仿真, 求出了 3R机械臂最短路径所对应的三个关节角度的位移函数。

通过对机械臂末端角位移和位移直接求导, 给出了末端速度和加速度的解析表示公式, 并由此给出了迭代计算程序。由于迭代计算不需要计算第 n-1个坐标系到第 0个坐标系的变换矩阵, 因此使算法得到了简化, 有利于提高机械臂控制的实时性。

针对封闭空间内的激光漫射通信, 提出一种码速率的自适应确定方法。与传统的自由空间激光通信技术相比, 该方法在通信的开始阶段增加了一个码速率测试环节, 在这一环节中, 设备 1和设备 2采用固定的低码速率通信, 设备 1向设备 2发送一组 “ 1”和“ 0”交替出现的测试数据。利用接收数据可以计算出信号“ 1”的持续时间以及当前环境中合适的通信码速率。设备 2将该码速率传给设备 1后, 两设备将利用新的码速率通信。该方法的特点之一是既不会因激光漫射的延迟导致通信误码, 也不会因码速率太低而浪费通信资源; 该方法的特点之二是应用过程中不必考虑具体的通信环境, 码速率可以由软件自动获得。

介绍了100 km量子纠缠分发实验中的捕获跟踪瞄准(ATP)技术。以Alice接收端的700 mm望远镜为例分析了ATP系统的技术指标、光路布局和高带宽跟踪精度的实现方法。为了抑制近地面水平大气湍流引起的量子信息传输光束和信标光束的到达角起伏， 在经典复合轴跟踪模式的基础上，设计了具有粗跟踪、精跟踪和超精跟踪功能的双重复合轴跟踪系统和双快速控制反射镜融合的跟踪算法，用高帧频CMOS探测器和压电快速控制反射镜构建了超精跟踪回路。采用这些方法有效解决了跟踪动态范围和跟踪精度之间的矛盾，更好地发挥了高帧频探测器的性能，提高了抑制带宽和跟踪精度。将该双重复合轴跟踪系统成功应用于100 km量子纠缠分发实验，结果显示捕获跟踪系统的跟踪精度为4 μrad，抑制带宽达到了70 Hz。

针对隔振对光电跟踪系统频率响应特性的影响，从带隔振装置的光电跟踪系统动力学模型入手，研究了系统频率特性的变化规律。提出了两种抑制隔振装置影响的思路：调整隔振装置机械结构设计，改善基座的角运动谐振特性；通过调整方位轴控制策略消除基座晃动对跟踪控制的不利影响。对后一种思路进行了深入的研究，将基座和光电系统的角位置和角速度实测信息作为状态变量，采用状态反馈配置极点的方法，消除速度响应环节的谐振极点，抵消谐振零点。对安装在隔振装置上的某光电跟踪系统进行仿真实验结果，在保证稳定的前提下，状态反馈配置极点方法将稳态振荡的幅值由 2.4×10-4 rad减小到 7×10-6 rad。结果表明，采用状态反馈配置系统速度响应环节闭环期望极点的方法可以有效抑制隔振装置对光电跟踪系统频率特性的影响。

为降低摩擦对光学精密伺服转台速度跟踪精度的影响，提出了基于LuGre模型的转台摩擦参数辨识和补偿方法。首先，分析转台在自由减速过程中的速度过零现象，采用遗传算法拟合减速曲线从而获得转台摩擦参数和转动惯量；然后，通过仿真实验验证辨识方法；最后，利用辨识得到的参数计算摩擦补偿并叠加到转台速度伺服系统。实际实验系统的数据更新率达1 kHz，已实现了速度-电流双闭环控制。实际拟合实验中，拟合与实测速度曲线的误差均方差为2.9×10-3rad/s；速度跟踪实验中，对于幅值为0.032 4 rad/s ,频率为0.5 Hz的给定正弦信号，摩擦补偿消除了波形失真，系统速度跟踪误差的均方差减少27%。实验表明，用该方法测量转台摩擦参数精确度高，基于辨识参数的摩擦补偿可提高光学伺服转台低速低频段的速度跟踪精度。

提出了改进的抑制光束抖动的快速反射镜控制算法，用于提高卫星平台捕获跟瞄(ATP)系统的瞄准精度。根据自适应前馈控制和经典PID控制算法的特点，分析了两种算法复合控制的优势。探讨了现有直接复合控制算法中自适应算法不收敛的原因，并依据解耦理论引入了解耦的复合控制算法，解决了现有直接复合算法不收敛的问题。最后，对经典PID控制，自适应前馈控制和解耦复合控制算法进行了实验比较。实验结果表明，在给定实验条件下，解耦复合控制算法的控制精度相对于经典PID反馈算法提高了近10倍；相对于自适应前馈算法提高了约3倍。结果显示，提出的解耦复合控制的算法结合了两种算法的优点，对抑制光束抖动更有效。