针对扰动会对航空成像系统像旋补偿伺服机构跟踪精度产生影响的问题, 提出一种改进型复合控制算法。首先, 针对等效扰动, 提出一种基于有限时间双曲正弦跟踪微分器(FSTD), 用来构造改进非线性干扰观测器(NDO), 使系统对参数摄动不敏感且对扰动估计更加精确; 其次, 为了提升系统的跟踪精度, 结合变速趋近律的思想设计新型高阶滑模控制器(N-HSMC), 保证系统快速性的同时还能有效削弱抖振; 最后, 通过仿真对比验证了所提算法的有效性。

飞车是光电装备伺服系统的常见故障之一, 在转动角度受限的轴系中, 飞车会导致机械限位被撞击甚至撞坏, 光机结构及连接线受损。目前伺服控制系统大多采用传统的软件限位的方法来抑制飞车, 但其作用有限, 在控制软件死机的情况下将失去限位作用。为有效解决飞车问题, 对导致伺服系统飞车的因素及作用机理进行了分析。提出了几种新的防飞车方法, 特别是设计不依赖于软件的底层硬件防飞车电路, 工作有效可靠, 是一种抑制伺服飞车的有效方法, 并在光电装备的实际工作中得到了验证。

对光束高精度、稳定地跟踪是自由空间激光通信链路建立的前提。引入一种改进的萤火虫算法，对比例-积分-微分(PID)控制器的参数进行优化整定，同时建立了直流力矩电机系统模型，将优化参数后的PID控制器应用到此系统中，在六维仿真台上进行了实验，结果表明：对于同一个系统，与采用齐格勒和尼克尔斯(Z-N)法相比，改进的萤火虫算法对参数整定后的PID控制器的响应速度提高了40%，带宽提高了33.3%，跟踪精度提高了25%。

针对采用永磁同步电机(PMSM)驱动的某车载稳定平台交流伺服系统存在摩擦力矩、惯性力矩、负载扰动等一系列复杂非线性问题, 考虑到自抗扰控制的抗扰能力强和BP神经网络的自我学习能力强的特点, 设计了一种BP神经网络改进型自抗扰控制器(BPNN-ADRC)。为了简化自抗扰控制耗时费力的参数整定过程, 采用BP神经网络对自抗扰控制器中的重要参数进行在线整定; 针对BP神经网络收敛速度慢、易陷入局部最优的缺陷, 引入遗传算法对其初始连接节点的权重进行在线寻优, 以期进一步提高系统的控制精度。仿真实验结果显示: 该控制策略能有效提升系统的抗干扰能力, 为提高车载稳定平台伺服系统的控制性能提出了一种可行的方案。

内外框架间的耦合力矩、非线性摩擦和未建模动态是影响双框架控制力矩陀螺框架系统高精度角速率伺服控制的主要因素。为提高框架系统的干扰抑制能力, 保证框架系统输出角速率精度, 本文提出了一种基于非线性级联扩张状态观测器和滑模控制的复合扰动抑制方法。框架系统中的所有干扰都被认为是集总干扰并由设计的NCESO估计, 通过滑模控制可从系统输出通道中消除集总干扰的影响。最后, 将本文提出的控制方法与线性级联扩张状态观测器和状态反馈结合的复合控制方法进行了对比仿真实验。仿真和实验结果表明, 本文提出的方法具有更好的干扰抑制和动态响应性能, 内框架角速度波动从0.5 (°)/s减小到0.2 (°)/s, 外框架角速度波动从0.45 (°)/s减小到0.15 (°)/s; 跟踪正弦参考信号时, 速度跟踪误差从1.8 (°)/s减小到1.2 (°)/s, 相位滞后从8°减小到1.3°。

控制力矩陀螺作为航天器姿态控制的一个重要部分, 对其输出力矩的速度及精度要求越来越高。目前, 对于高精度的框架控制性能进行标定和验证, 大都是依靠控制力矩陀螺自身角度位置传感器进行评价, 精度存在一定的误差。针对这种情况, 设计了一种独立于控制力矩陀螺的视觉测量标定方式。在力矩陀螺上安装6个测量靶标, 靶标在相机成像平面上呈现出由离散点组成的圆弧, 对标志点中心进行定位, 获得高精度像元提取精度, 进一步处理得到二维像点坐标, 拟合出圆心和半径; 根据相片上像点位置及时间信息, 计算得出控制力矩陀螺在不同时刻的角速度。采用快速傅里叶变换对角度信息进行处理, 得到频率和相应的幅值, 根据幅值计算框架绝对稳定度及相对稳定度, 最后对框架角速度控制精度和角速度稳定度进行分析。试验表明, 角速度绝对稳定度不低于0.02, 相对稳定度不低于0.7%, 且随着角度的增大稳定度逐渐提高; 角位置测量精度经过实验验证可以达到1″, 满足控制力矩陀螺高精度标定要求。