针对转速反馈电机控制系统中实际转速与期望转速存在偏差无法绝对消除,造成电机转过的角度误差会随时间累积的问题,提出了一种相位/转速混合控制结构。在转速环路基础上增加了相位环路,通过外部输入一个频率稳定的参考方波信号,由混合环路控制电机转速,达到期望值。同时控制电机转过的角度时刻,跟踪参考方波信号的相位,与其保持同步锁定,从而保证电机转过的角度误差不再随时间累积。具体分析了混合控制结构的设计原理,并通过搭建工程实物电机系统进行验证。在参考方波信号频率为100 Hz的情况下,系统达到的技术指标为：稳定时间≤2 s,稳态时转速精度为6 000±10 r/m,相位差≤±50 μs。

为了使光谱分析仪(Optical Spectrum Analyzer, OSA)能精确测量窄谱宽光信号, 要求光栅转动一圈分辨200万个点。设计了一种基于衍射光栅、直流无刷电机(Brushless Direct Current Motor, BLDCM)和光电编码器的高分辨率光栅定位系统。实现了基于比例--积分--微分(Proportion Integration Differentiation, PID)的高精度闭环调速控制技术, 以驱动BLDCM带动光栅的转动。同时, 高精度光电编码器快速检测并反馈光栅的角位置, 细分电路对编码器的输出信号作进一步细分。将输出信号的分辨率从16000点/圈提升至2048000点/圈, 极大地提升了光栅定位系统的整体分辨率。通过实验测试了光栅扫描速度、波长重复性和波长准确度等性能指标, 验证了光栅定位的精度和分辨率。

设计了单框架控制力矩陀螺中的角动量飞轮分系统以提高卫星姿态控制精度。首先，从理论上分析了角动量飞轮的角速度波动对单框架控制力矩陀螺输出力矩的影响，得到当期望转速为5 000 r/min且力矩波动<0.002 Nm时，角速度波动应小于5 r/min的结论。然后，采用无刷直流电机驱动角动量飞轮，利用FPGA实现控制驱动电路，并设计自适应PI控制律以跟踪期望角速度。实验结果显示：从静止状态跟踪5 000 r/min期望转速，达到稳定状态耗时25 s, 超调量<15 r/min，稳态精度为2 r/min。通过对上位机实时采集转速数据进行分析，验证了动量飞轮分系统设计的合理性，表明其能够满足单框架控制力矩陀螺对角动量飞轮分系统的设计要求，降低了角速度波动对输出力矩的影响，进而能够提高卫星对地观测时的平台控制精度。