音圈电机驱动的快速反射镜在传统控制方法下具有严重的相位滞后, 限制了其性能。针对这一问题提出了一种完全跟踪控制方法(Perfect Tracking Control, PTC)。首先, 建立音圈快速反射镜系统离散状态空间模型, 构建多速率采样系统, 对长周期采样控制环节设计完全跟踪控制器; 然后, 对短周期环节设计基于离散滑模变结构控制的内回路补偿控制器。新方法实现了音圈快速反射镜对指令的完全跟踪, 并有效补偿了外部扰动、模型不确定性以及机械非线性等因素对系统性能的影响, 保证了系统的鲁棒性。实验结果表明: PTC控制实现了系统工作频带的扩展, 与传统PID控制相比, 系统的阶跃响应调节时间缩短50%, 静态位置波动峰峰值减小50%; 与基于干扰观测器和零相差跟踪控制器的方法相比, 系统的位置稳态误差由1.5%减小到0.05%。采用新方法的音圈快速反射镜对幅值360″的正弦位置指令跟踪的双十带宽达到375 Hz, 有效改善动态性能, 拓展控制带宽。

针对滑模变结构控制律设计过程中出现的控制参数整定问题, 提出一种基于强化学习的滑模变结构控制参数寻优方法。首先, 根据系统设计了相应的滑模控制律, 并给出了参数选择的范围, 设计了基于Actor-Critic结构的参数在线整定器。然后, 选择TD-Error方法进行求解计算, 并用梯度下降法计算出神经网络权值的更新取值。最后,以固定翼飞行器纵向通道系统为例进行了仿真和实验验证,实验结果说明所提出控制方法减小了控制参数整定的盲目性, 有效提升了系统的动态性能。

针对定深电液伺服系统内部参数的难确定性与时变性问题, 设计了一种神经网络与滑模变结构相结合的复合控制方法。该方法充分利用滑模变结构控制的强鲁棒性优点对定深电液伺服系统进行控制, 使其能够在外部干扰复杂的环境下进行工作, 并且结合神经网络来减弱滑模变结构控制自身所存在的抖振问题。此外,还利用神经网络对电液伺服系统的内部参数进行辨识并进行在线自适应学习, 能够很好地抑制内部参数摄动, 消除定深电液伺服系统工作时的时变性问题, 保证了系统的控制精度与鲁棒性。

针对坦克炮控系统低速运行时存在“爬行”、振荡等现象, 提出一种基于干扰观测器的滑模变结构控制策略。研究了坦克炮控系统电流、转速双闭环数学模型, 设计了滑模变结构控制器。对控制律中时变的负载转矩和摩擦转矩, 设计干扰观测器进行实时观测。仿真结果表明, 该控制策略既解决了坦克炮控系统低速运行时的“爬行”、振荡现象, 又削弱了由于建模不确定性而存在的滑模抖振现象。

控制器性能的优劣是确保导弹能否在制导飞行中具有良好的稳定性和可控性的关键。不考虑通道之间的耦合，基于倾斜转弯(Bank-To-Turn)控制技术建立某型BTT导弹三通道弹体数学模型，分别设计了滑模变结构控制器并构造BTT导弹闭环控制系统，与PD控制和未加控制器时进行了对比研究。仿真结果表明，滑模变结构的控制效果更好，能快速跟踪导引指令，并具有良好的动态特性和稳态性能。

调制转台的到位精度以及速度平稳性直接影响舰载旋转调制激光陀螺惯性导航系统的导航定位精度。摩擦会使调制转台产生极限环现象,进而严重影响调制转台的到位精度以及速度平稳度。针对上述问题,基于变结构控制策略设计了旋转调制激光陀螺惯性导航系统旋转调制转台伺服控制系统,可以有效克服由于摩擦、未建模误差以及电机力矩波动产生的极限环现象。仿真结果表明,存在摩擦、未建模误差等外界干扰的条件下,调制转台的到位精度以及速度平稳度均能得到较为满意的结果。

采用传统的单Bang-Bang控制的光电设备进行精定位时, 系统放大倍数为无穷大, 所以系统不易稳定。本文分析了单Bang-Bang控制的不足, 提出了一种变结构最优控制方法。该方法在粗跟踪时用Bang-Bang控制, 在进入小偏差范围内切换为线性控制。在线性控制时, 根据不同调节器的的不同特点, 提出了红外一阶捕获, 红外二阶跟踪的策略, 并同时给出了Bang-Bang控制和线性控制的切换准则, 红外一阶捕获和红外二阶跟踪的切换准则。实验显示, 采用提出的方法光电设备的90°双目标定位能力在2.3 s左右, 比传统方法缩短了近1 s, 快速性大大提高。另外, 利用激光测距机可以给出舷角相差90°的双目标三维信息数据率为0.45 Hz, 提高了双目标时系统的光电对抗能力。

利用非线性反馈控制实现了不确定混沌系统对任意信号的到达跟踪控制问题。根据系统结构特点选取合适的反馈方式，设计非线性控制律，并由滑模变结构控制理论证明了误差信号指数趋于零以及系统所有状态有界。与现有文献所得控制律算法相比，本文所设计的控制律不仅考虑了系统的不确定性,同时保证了系统所有状态有界,该方法是一种物理可实现的到达跟踪控制方法。数值仿真结果进一步证实了该方法的可行性。