针对压电陶瓷快速反射镜, 设计了一种基于频域分析的传递函数辨识方法, 可以实现对任意已知传递函数阶次的系统进行扫频和传函拟合, 再基于拟合的压电快反镜传函进行控制器设计、仿真、实物验证, 对设计出的控制器进行验证。闭环性能为控制带宽为600 Hz, 1V阶跃信号调节时间为12 ms, 结果表明控制器性能满足要求。设备运行过程中会受到温漂影响, 因此利用温度、光学偏转角和控制电压之间的关系进行温度补偿, 实验结果表明温度补偿功能的温漂抑制效果达90%, 极大提高了系统控制精度。

偏振控制可以有效恢复光纤传输过程中因相位偏移而受损的偏振态,是量子通信、光纤传感以及相干光通信等领域中的关键技术。提出了一种基于适应性矩估计(Adam)的偏振控制算法,建立了相应的偏振控制系统模型。基于该模型对Adam偏振控制算法进行了数值仿真,并与经典的随机梯度下降(SGD)算法进行了对比,同时分析了控制精度和噪声幅度对偏振控制效果的影响。仿真结果表明,该算法可以快速收敛到目标偏振态,在衰减率为0.03、噪声幅度为0.003、偏振迭代步数为53时,控制精度可达10 ^-4。与SGD算法相比,平均迭代步数减少了23%,最高控制精度提升了1~2个数量级。基于现场可编程门阵列验证了Adam算法的可行性,结果表明,该算法能快速、稳定地补偿信道中的偏振变化,并通过优化衰减率提高偏振控制效果、缩短偏振控制时间。

研究一种温度自适应可调光衰减器控制方法, 基于不同温度下可调光衰减器的温度特性曲线, 提出一种温度自适应控制方法。提高了温度变化范围大时可调光衰减器的控制精度。测试结果表明, 本设计可调光衰减器能够提高控制精度, 温度范围-25 ℃~75 ℃衰减误差小于0.1 dB。

介绍了永磁移相器的控制精度对X射线自由电子激光（FEL）的影响, 分析其误差来源。针对传统运动控制系统检测过程复杂、手动操作精度低等缺点, 提出了基于改进高斯牛顿非线性参数估计法的自动校正系统, 阐述了校正理论与过程。利用该方法对欧洲X射线自由电子激光装置中的移相器做安装校正应用, 使得每台移相器在高磁场应力的环境下间隙位移达到μm级控制精度, 满足工程设计要求。

在某高功率微波系统中，通过控制多路移相器的位置，来达到对微波波束的精确控制。在伺服控制系统的设计中，为了解决强电磁场对伺服系统的干扰与破坏，在设计时从控制系统方案设计、系统组成、移相器单元设计、位置传感器设计、位置环路设计、电路板设计、机箱设计、传输线缆等方面进行严格的针对性设计与处理。设计过程中，对关键器件与部件进行现场试验进行方案验证与选择。最终，在高功率微波系统对目标进行连续辐射的实测中，工作稳定可靠，控制系统对多路移相器的定位精度达到0.1 mm，达到了预期的效果。

在多束脉冲激光叠加过程中, 脉冲的同步延时控制精度和脉宽控制精度对叠加光束能量分布具有重要影响。基于光束叠加理论, 建立了四束脉冲激光能量叠加模型, 以四束整形脉冲为入射光源, 分别针对同步延时控制精度和脉宽控制精度变化情况下叠加脉冲能量分布进行了定量计算。结果表明, 随着同步延时控制精度和脉宽控制精度的降低, 叠加脉冲的脉宽增加, 峰值降低。多束脉冲的同步延时控制精度和脉宽控制精度的变化对激光组束的影响比单束脉冲的影响更大。四束激光合成系统中, 在其他参数不变的情况下, 叠加光束激光脉冲峰值光强变化率小于5%时, 单束激光脉冲延时变化率和脉宽变化率保持在3.2%和10.9%以内。因此, 脉冲延时对叠加光强影响更大。

为了获得Risley棱镜系统光束指向控制精度指标设计及性能提升的依据，对系统光束指向控制精度随轴系角度测量精度的非线性变化规律进行了研究。首先，以一级近轴近似矢量合成模型为基础，采用正解方法根据双棱镜方位推导了出射光束指向的解析表达式; 然后，结合单自由度轴系伺服控制经验，通过泰勒级数展开的方式推导出了光束指向控制精度与轴系角度测量精度之间的非线性解析表达式，并由此获得了界定限判据; 最后，分别对小偏向角系统和大偏向角系统进行了仿真分析，获得了光束指向控制精度在全视场区域内的变化情况。结果表明，本文研究所得的非线性解析式描述了影响系统光束指向控制精度诸多因素之间的相互关系,能够为Risley棱镜光束指向系统的设计及整体性能的优化提供依据。

针对制导弹药激光目标模拟系统中对光斑尺度控制的需求进行研究。根据系统对光斑张角的变化范围、变化最大速率和控制精度的设计指标要求，对光斑尺度控制系统进行数学建模，给出了力矩电机与平台负载的传递函数，并利用ELMO 驱动控制器、直流力矩电机构成单向有限角位置伺服控制，内部实现电流反馈、速度反馈和位置反馈的闭环控制。系统测试实验结果表明，直流力矩电机闭环伺服带宽82.1 Hz，光斑张角从0.5 mrad 变化到5 mrad 的最大误差为112.1 μrad，小于设计要求的0.15 mrad；光斑张角从5 mrad 变化到90 mrad 的最大误差为326.1μrad，小于设计要求的0.5 mrad。光斑张角变化范围内，其误差均在设计误差范围内，从而验证了控制策略的可行性。

为了克服自适应光学系统中倾斜镜的迟滞响应, 提高响应的线性度, 改善倾斜镜的控制精度, 研究了倾斜镜的迟滞非线性效应。提出了一个基于频率相关的Mutified-Prandtl-Ishlinskii (MPI) 模型的补偿方法来在线自适应逆补偿倾斜镜的迟滞非线性。结合反馈PID控制构成了自适应逆前馈复合控制方案, 其中自适应逆前馈克服了由于频率等因素引起的迟滞曲线变化, 反馈PID则改善了整体的控制性能。建立了倾斜镜二阶系统模型来估计倾斜镜系统的输出, 解决了MPI模型参考信号的问题, 避免了增加额外前馈传感器, 保证了光能量的利用率。实验结果表明, 倾斜镜系统15 Hz非线性迟滞率由原来的24.28%降为1.17%, 线性度提高了约95%, 控制精度较传统PID方法提高了约60%。该方法能够有效补偿倾斜镜的迟滞非线性, 提高了自适应光学系统中倾斜镜的校正精度。

中波红外宽带通滤光膜通常膜系层数多，膜层总厚度非常大（厚度达到10 μm左右），膜层的镀制工艺难度较大。通过分析红外带通滤光片几种设计方法的特点，并结合实际镀制工艺技术，采用了长波通与短波通及非规整薄膜设计技术相结合的方法，设计了以锗材料为基底的中波3 μm～５ μm宽带通滤光膜。该设计大幅度降低了膜层的总厚度（约为8.65 μm），缩短了膜层的镀制周期，提高了膜层的牢固度；在膜层的镀制工艺过程中，通过改变薄膜材料的蒸发速率、修正蒸发硫化锌材料时电子枪的扫描方式、调整蒸发材料在坩埚中的装载方法，使膜层获得了优异的光谱性能，其通带平均透过率大于96%，截止区域的平均透过率小于1%。