针对压电快速倾斜镜（PFSM）堆叠式压电陶瓷（PZT）（Pb（Zr， Ti）O₃）驱动器伸长和弯曲变形的应力集中问题，依据Timoshenko模型，分析了堆叠式PZT驱动器的伸长弯曲变形模型。基于压电耦合理论分析了堆叠式PZT驱动器动态应力与驱动电压幅值、驱动电压频率和PZT驱动器顶部柔性铰链抗弯刚度的关系。采用响应曲面法获得了300 mm口径PFSM的优化设计和工作参数。研究方法和分析结果可以为优化PFSM关键元件参数，降低堆叠式PZT驱动器应力集中，提高PFSM的耐久性和可靠性提供参考和借鉴。

分析了PFSM的迟滞非线性特性和蠕变特性对控制精度的影响, 提出将XGBoost模型应用于PFSM的动态迟滞非线性特征建模。通过提取PFSM的加压历史特征, 有效地解决了迟滞非线性中数据一对多的问题, 提取的特征包括电压的电压值、变化频率、变化方向、电压增量、历史局部极大值与局部极小值和时间间隔等。仿真结果表明, 此模型可以对迟滞非线性特性和蠕变特性有较好的拟合效果, 相对于静态PI模型, 拟合精度提高了约40 μrand。同时具有模型参数容易识别、易移植到嵌入式芯片等优点。该动态迟滞非线性特征建模方法有理论意义和实用价值。

针对压电快速倾斜镜的反作用力对有效光学元件的复杂动态耦合干扰问题,提出了基于多体系统的刚柔耦合和基于压电耦合理论的反作用力分析方法,对压电倾斜镜的反作用力进行了分析和补偿,并获取了中心柔性铰链的热点应力。理论和实验结果表明:压电耦合求解相比于多体系统的刚柔耦合方法更能准确地反映反作用力特性,实验测得反作用力的补偿比例可以达到90.14%,与数值计算的差异为3.96个百分点。所提的反作用力分析方法和动量补偿结构可为计算和消除倾斜镜的反作用力对光学系统的耦合干扰提供借鉴。

由于压电倾斜镜的机械谐振会降低自适应光学伺服控制系统的校正带宽, 本文研究了补偿压电倾斜镜谐振特性的方法。根据压电倾斜镜机械谐振频率特性的动态模型和实测数据，提出了利用压电倾斜镜高压驱动器中现有的可编程逻辑门阵列(FPGA)设计多阶双二次型数字滤波器来优化系统的动态频率响应特性。基于多阶双二次型数字滤波器，高压驱动器能实时补偿驱动对象的频率特性，完成压电倾斜镜的正谐振和反谐振的同时补偿。将其与压电倾斜镜作为一体，可实现平坦的幅频特性，从而避免机械谐振，提高伺服控制带宽。实验结果表明: 相对于传统的高带宽高压驱动器，提出的具有频率特性补偿功能的高带宽高压驱动器可在同样超调量下使系统误差带宽从56 Hz提高到了80 Hz，并且低频抑制能力也得到提高。实验显示提出的具有频率特性补偿功能的高带宽高压驱动器更适合压电倾斜镜的高速动态应用。

随着红外光电系统由扫描型发展为凝视型，搜索范围大大增加，但仅得到目标的二维信息，如能与激光主动探测结合，得到角度-角度-距离的三维信息，可实现两者优势互补。提出了一种基于压电倾斜镜(PFSM)的具有指向功能的激光主动探测技术，与凝视型红外相机实现双模复合探测，对目标进行精密跟踪。对其视场、线性度进行了分析和系统测试，所得结果与计算结果相符。

本文提出了一种基于薄板径向支撑的高速压电倾斜镜。首先根据拉格朗日方程建立了这种基于薄板径向支撑的高速压电倾斜镜简化模型的动力学方程，然后推导出了其倾斜方向谐振频率理论表达式；根据理论表达式可以预测倾斜镜的动态性能。在理论分析的基础上，我们制作了这种薄板结构，将其加入到原有结构倾斜镜中，进行了频响测试以及角行程测试分析。比较理论分析和实验测试分析的结果，证实了薄板部件的加入对于倾斜镜应用带宽的提高有显著作用。