针对光电跟踪转台的高精度跟踪问题, 设计了一种反步滑模控制系统和算法,该算法在反步控制的基础上引入滑模控制, 提高了控制器的鲁棒性。通过仿真分析可知, 该算法相较于反步控制算法和PID控制算法性能得到了提升, 其中, 阶跃跟踪响应速度提高21%以上, 正弦跟踪稳态精度和随机干扰下的稳态精度均提高两个数量级, 脉冲干扰稳定时间减少0.7 s以上,很好地保证了光电跟踪转台的跟踪精度。

为了提高跟瞄转台出射激光的指向精度, 研究了快速反射镜(FSM)姿态角与转台跟踪误差间的关系, 提出了FSM姿态角的高精度解算方法。介绍了跟瞄转台出射激光的光路特点和FSM的工作原理; 确定了坐标系中入射光与出射光的方向, 依据坐标变换理论和光的反射定律, 建立了FSM反射镜姿态角与转台跟踪误差间的函数关系。然后, 推导出姿态角的解析表达式, 描述了姿态角的空间分布规律, 并从解析表达式中推出了近似表达式, 确定了近似表达式引入的指向误差。最后, 通过指向精度实验验证了姿态角解算方法的正确性。实验结果表明: 在跟踪误差不超过(A 12.9′, E 13.5′)时, 应用姿态角解析表达式和近似表达式均能取得优于2.5″的指向精度; 跟踪误差增大为(A 38.6′, E 37.8′)时, 解析表达式对应的指向误差仍低于2.5″, 而近似表达式对应的指向误差迅速增大为13.2″。得到的结果显示: FSM姿态角的解析表达式不存在原理误差, 在任意跟踪误差下均能使出射激光具有高精度指向能力, 且其形式简洁, 满足伺服控制器快速运算的要求。

针对大功率永磁同步电机驱动的光电跟踪转台, 提出了一种基于特征系统实现算法的控制模型辨识方法。首先, 根据永磁同步电机的矢量控制原理, 对白噪声测试系统进行了系统配置; 其次, 采用功率谱密度函数的分析方法对系统的输入和输出数据序列进行了分析, 得到了系统的频率响应函数; 最后, 通过特征系统实现算法对系统的马尔可夫参数进行了辨识, 获得了光电跟踪转台的控制模型。实验结果表明: 采用特征系统实现算法可以精确地辨识出光电跟踪转台的控制模型, 该控制模型能够较好地反映系统的动态特性, 为控制器算法的设计提供了理论依据, 具有较好的实用性。

提出了基于坐标变换的目标跟踪转台初始标定方法, 用于提高车载光电跟踪系统的跟踪精度。首先, 运用坐标变换理论, 建立了转台精标定的数学模型, 求解了转台标定的变换矩阵; 然后, 根据转台标定的实际需要, 通过合理地分析和近似, 推导了一种转台的粗标定方案; 最后, 将粗标定与精标定方法相结合对跟踪转台进行初始标定实验。实验结果表明, 该标定方法提高了初始标定的效率,对大于等于10 km的远距离目标, 精标定之后的转台跟踪误差小于0.1°, 完全满足车载光电跟踪系统的精度要求。该标定方法已在一批车载光电跟踪系统中得到了成功应用。

针对登月过程严酷的力学条件、月球表面复杂的环境特征以及严格的重量要求，设计了一种可适用于月基观测的跟踪转台.该转台主要由水平轴系及驱动机构和竖直轴系及驱动机构组成，采用霍耳元件作为位置检测元件，其综合指向准确度≤0.1°.基于有限元分析方法确定转台结构方案、优化主要支撑件结构及合理选材，并对驱动机构与轴系对转台刚度、温度适应性和指向准确度的影响做了深入分析与计算.同时进行了整机的力学模拟试验和运动机构的高低温试验，一阶谐振频率为49 Hz，在－40 ℃ ～+80 ℃温度范围内工作正常.结果表明转台各项性能指标满足工程任务要求, 具有结构紧凑、可靠性高、重量轻的特点.

针对某型精密光电跟踪系统的工作特点,设计了光电跟踪转台的机械结构,在建立其三维模型的基础上,利用有限元分析软件ANSYS 对主要承受载荷的转台框架结构进行了静态特性和动态特性分析。静力分析结果表明,该转台框架满足强度和刚度的要求,能保证转台的精度;同时,其模态分析表明,该转台具有很好的动态特性,不会发生共振。分析结果验证了光电跟踪转台机械结构设计的合理性,也为光电跟踪转台的优化设计提供了重要依据。