为了提高大口径望远镜的抗风载扰动能力和对目标的跟踪精度, 要求望远镜控制系统有较好的动态性能和稳态跟踪精度, 望远镜的闭环控制带宽决定了控制系统的跟踪性能。因此, 首先根据望远镜结构的二质弹簧质量模型, 分析影响望远镜控制系统闭环带宽和动态响应的因素, 进而介绍提高闭环控制系统带宽的两种方法: 结构滤波器方法和加速度反馈控制方法; 然后, 详细分析了结构滤波器的设计方法及其望远镜控制系统中的应用; 最后, 分析了基于加速度反馈控制的设计方法以及该控制策略对提高望远镜控制系统闭环带宽的有效性。通过实验结果可以看出, 加速度反馈控制方法对提高望远镜镜控制系统闭环带宽更加有效。

为了提高望远镜控制系统的闭环带宽和动态性能, 研究了结构滤波器对控制系统闭环性能的影响。根据望远镜机械跟踪架的弹簧质量模型推导了系统的传递函数, 分析了电机和负载转动惯量与谐振频率的关系, 设计了基于系统开环频率特性的结构滤波器。将设计的结构滤波器串联入控制回路, 用于减小机械谐振的幅值。介绍了结构滤波器的设计方法, 以及加入结构滤波器后对控制系统闭环性能的影响。最后, 在2 m望远镜跟踪架转台上进行了验证实验。结果表明, 加入结构滤波器后系统的闭环带宽由10 Hz提高到了13 Hz, 有效地抑制了速度的稳态谐振, 提高了望远镜控制系统的速度跟踪性能。得到的实验结果验证了结构滤波器能够有效地提高系统的动态性能。

在利用 CCD闭环的快速倾斜镜 (FSM)控制系统中, 延迟是控制性能最大的限制, 严重制约了闭环性能和控制带宽。本文在 PID控制器的基础上串联一个积分器, 利用 PI-PI控制器提高 CCD闭环的 FSM控制系统的性能。建立了一套详细的控制模型, 给出了控制器参数整定的公式。理论和实验表明, 采用 PI-PI控制器的误差抑制带宽要窄一点, 高频段抑制能力同积分控制器相当, 但是对低频的误差抑制能力要强的多。

引入时域校正因子(系统团环校正波前残余误差与系统开环时的湍流波前扰动误差之比)和系统测量信噪比,分析了自适应光学系统对实际大气湍流扰动的时域校正效果与湍流功率指数、湍流功率谱转折频率、系统测量信噪比、系统时间延迟以及系统闭环带宽的关系,并给出了系统的最佳闭环带宽.此外还分析了弱光61单元自适应光学系统的时域校正效果.

采用比较自适应光学系统闭环校正前后时间功率谱的方法,对自适应光学系统的波前校正残余误差进行了分析。在注意系统噪声时,实测的闭环波前复原相位误差与实际波前校正残余误差是有区别的,分析了两者功率谱的差别之后,提出了一种估计实际波前校正残余误差的方法。应用这种方法对1.2米望远镜高分辨力自适应光学系统所采集的复原相位数据方差和波前校正残余误差进行了对比