针对因压电陶瓷固有的迟滞特性降低了压电陶瓷平台定位精度问题，该文提出一种基于前馈补偿的复合控制系统。首先建立前馈模型，提出并应用一种分段式的Prandtl-Ishlinskii模型，增加拟合精度，同时避免了复杂的求解过程，并求出迟滞逆模型，其建模误差率可达0.69%; 其次，对反馈回路设计了串联比例-积分(PI)数字电路、正弦激励电路及电容转换电路，进一步提高了压电陶瓷定位平台的控制精度。根据国标GB/T 38614—2020的测试标准进行实验测试，结果表明，在设计的复合控制系统控制下，压电陶瓷定位平台正、反向重复定位精度分别为0.013 1 μm和0.015 5 μm，准确度为0.033 5 μm，在计算出反向差值后得出迟滞误差为0.013%。与仅有前馈控制相比，其控制精度提高了79.57%。

针对压电叠堆迟滞带来的非线性效应严重制约系统控制精度提升的问题, 该文提出了一种基于复合控制的压电驱动器控制方法, 对系统非线性误差进行建模补偿, 并基于数控芯片实现了嵌入式驱动设计。采用广义PI模型对被控压电促动器进行建模, 利用指数函数作为密度函数, 并基于粒子群算法对包络函数和密度函数进行参数寻优, 最终得到压电促动器的前馈补偿逆模型, 结合比例积分控制率实现系统的复合控制。同时采用数字信号处理结合现场可编程门阵列(DSP+FPGA)的数控架构, 既保证了逆模型求解过程在DSP中实现的便捷性, 又保证了采样及闭环控制在FPGA中实现的实时性及快速性。实验结果证明了所提设计方法的正确性及有效性。

在激光通信光端机伺服控制中，基于速度、加速度滞后补偿的等效复合控制技术能够大幅提高光端机的跟瞄精度，同时对系统稳定性影响较小。本文首先建立了卫星激光通信光端机双向跟瞄模型，分析了光端机工作扰动来源，解算出运动和扰动的等效正弦信号，在速度、位置双回路闭环控制的基础上，开展了等效复合控制技术研究；通过对控制参数进行基于方差的敏感度分析，完成了速度、加速度滞后补偿参数的优化设计；最后在室内构建了实验系统，完成了仿真分析和实验验证。实验结果表明，采用等效复合控制后，在双端运动状态下，跟踪误差为56.8μrad，误差减小了80.06%，大幅提高了光端机粗跟踪动态的跟踪精度。

针对卫星激光通信粗跟踪系统的跟踪稳定精度指标要求高的特点, 建立了基于永磁同步电机直接驱动的粗跟踪系统模型并进行了跟踪稳定误差分析。在采用传统PID控制策略存在跟踪误差较大、动态性能较差等不足的基础上, 提出了一种基于粗跟踪系统的改进型前馈复合控制策略。从理论上分析了前馈复合控制策略提高了粗跟踪系统的动态性能, 为降低跟踪稳定误差提供了改善方案。地面实验验证结果表明, 与传统控制策略相比, 改进型复合控制策略极大地降低了系统的动态跟踪误差, 动态跟踪误差由606 μrad降低至13 μrad(1δ)。进一步的在轨实验也验证了改进型复合控制策略的合理性和先进性, 总体指标满足了卫星激光通信终端的极高精度要求。本文所提出的控制策略对其他高性能跟踪伺服系统设计也具有较大的借鉴意义。

采用陀螺仪直接测量光电平台内部载荷的惯性角速度构建反馈，可以在运动载体上控制视轴惯性角速度，实现稳定成像。陀螺捷联惯性稳定控制能够构建前馈，有效提高系统带宽、减小控制误差，但对陀螺安装位置有要求。本文提出了在陀螺直接反馈的机械安装条件下等价捷联稳定的控制方法，并考虑平台基座约束条件建立了动力学模型。该模型显露了光电平台基座安装刚度引入的 谐振问题。针对被控对象中的一对谐振和反谐振环节，基于稳定的零极点对消设计滤波器消除谐振。综合利用陀螺直接测量的框架惯性角速度和编码器测量的机械框架相对转角构建等价捷联惯性稳 定回路。在等价捷联惯性稳定回路中，采用内回路干扰抑制结合基于逆模型前馈的复合控制方法，有效拓展控制带宽，提高对指令的跟踪精度和对载体姿态晃动的隔离性能。仿真和实验结果表明： 该方法有效抑制了安装基座弹性约束力矩的谐振，且与陀螺直接反馈控制相比性能更优。对幅值为1 (°)/s、频率为1 Hz的典型正弦角速度指令进行跟踪，均方根误差由1.75 (°)/s减小到0.23 (°)/s，在1 Hz处扰动隔离度由18%减小到2%。

针对四旋翼无人飞行器的强耦合、欠驱动、非线性强以及参数不确定等因素, 将小脑模型(CMAC)神经网络算法引入系统, 并与传统PD控制算法结合, 以改善系统的动静态性能。以传统PD控制实现对高度的反馈控制, 以CMAC神经网络进行前馈控制, 实现对高度模型的逆模型控制。仿真结果表明,该方法较传统PID控制的动态过程超调量小、响应快速, 且稳定性好, 系统抗干扰能力强。

为了提高空间天文望远镜精密稳像系统中大口径压电快摆镜机构(Fast Steering Mirror, FSM)的控制精度, 采用迟滞前馈补偿和最优PID控制算法相结合的复合控制策略。针对基于广义Play算子的Prandtl-Ishlinskii (PI)模型可逆性受约束条件限制以及求逆过程中模型参数估计误差累加的问题, 提出了一种基于广义Stop算子的PI逆模型进行压电执行器(Piezoelectric Actuator, PZT)迟滞补偿。针对逆迟滞模型的不确定性和直接前馈控制抗干扰能力差的问题, 在控制系统中加入最优PID闭环控制器。采用自适应差分进化算法(Adaptive Differential Evolution, ADE)对迟滞逆模型参数和PID控制器参数进行寻优并引入混沌搜索机制来提高ADE算法的性能。实验结果表明: 与传统PI模型解析求逆方法相比, 基于广义Stop算子的PI逆模型能够更好描述逆迟滞曲线, 拟合频率为1 Hz的迟滞曲线, 拟合精度提高78.04%;实时跟踪频率分别为1、10、20 Hz的大口径快摆机构目标摆动位移, 复合控制策略的跟踪精度相比于直接前馈控制分别提高了38.56%,22.92%和13.5%。

为实现马赫-曾德尔调制器(MZM)任意偏置工作点的稳定控制, 提出了一种基于平均光功率斜率值和余切值的复合控制算法, 实现了利用FPGA技术的工作点稳定控制.首先分析了MZM偏置点稳定控制的必要性, 然后研究了控制算法的理论基础, 并在Matlab平台上进行了数学仿真验证, 最后搭建了MZM偏置工作点稳定控制系统.当激光器的输出光功率为5 dBm, MZM半波电压为4.2 V, 插入损耗3 dB, 输入脉冲为方波信号, 1 Gbps和1Mbps通信速率下, 1小时内MZM输出光信号的平均功率波动小于±5%.实验结果表明, 该方案实现了MZM任意偏置工作点的稳定控制, 有效的提高了MZM在光通信中的可靠性.