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。

针对压电陶瓷(PZT)位移平台因迟滞特性而降低系统定位精度的问题, 该文采用了一种带有前馈补偿的复合型控制方法。首先建立前馈模型, 提出了一种分段式Prandtl-Ishlinskii(P-I)模型, 并对所建平台迟滞模型求逆, 其建模误差率在0.7%内; 然后针对闭环回路设计了串联比例-积分(PI)模拟电路、滤波电路和检测电路, 进一步提高了控制系统的响应速度和控制精度。实验结果表明, 压电陶瓷位移平台在频率为100 Hz, 行程为0~140 μm的情况下, 基于前馈补偿的复合控制系统的平均绝对误差为0.039 μm, 最大误差为0.16 μm; 与仅有前馈控制相比, 其控制精度提高了73.76%。

针对双压电二维叠堆执行器的输出迟滞性问题, 该文设计了一种双压电复合控制方法。先建立执行器数学模型并完成参数辨识,再结合非对称Bouc-Wen模型与增量微分、积分及比例(PID)模型, 完成复合控制模型的建立, 最后基于数字信号处理(DSP)控制器完成前馈控制、增量PID控制与复合控制的实验对比。结果表明, 该复合控制方法能有效抑制执行器的输出迟滞性, 当驱动电压峰-峰值为96 V, 频率为500 Hz时, 执行器滞环率仅为未控制时滞环率的31.6%, 远低于前馈控制时滞环率(74.2%)及增量PID控制时滞环率(167.8%)。

小型化和高动态是红外成像稳定平台技术的发展趋势。由于转动惯量小，传统的 PI型电流环控制难以克服反电动势的斜坡干扰，将降低小惯量红外稳定平台的动态响应。同时，高动态的小惯量红外稳定平台技术另一难点是平衡动态性和抗扰性能。为解决上述问题，本文提出一种基于无差拍预测控制和扩张状态观测的复合电流控制方法，有效提高了小转动惯量红外稳定平台的动态响应能力和抗干扰能力。仿真和实验结果表明，该复合电流控制方法将小惯量红外稳定平台电流环的调节时间缩短 1/3，对速度响应的动态性能和抗干扰性能都有明显改善作用，而且具有很好的鲁棒性能。

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%。