针对光雷一体化测量系统中复杂谐振对伺服单元的不利影响, 提出了采用自适应陷波器及观测器滤波反馈组合实现谐振补偿的方法。首先, 结合机械结构及频响测试结果分析了系统的谐振特性, 指出系统存在雷达天线谐振、雷达机体谐振和天线高阶及轴系耦合谐振等3类主要谐振模式, 并求得谐振特性随俯仰角变化的规律。讨论了对这种复杂谐振的补偿方法, 提出采用自适应陷波器补偿雷达天线和雷达机体谐振, 并利用Kalman观测器滤波反馈抑制天线高阶及轴系耦合谐振的方法。结果表明: 经过谐振组合补偿后, 各类谐振均得到有效抑制, 速度环闭环带宽期望值达到了115 rad/s, 阶跃过程过渡时间为0.35 s, 在保证闭环控制稳定性的同时满足了系统带宽要求。

在传统前馈控制的基础上引入了基于参考模型的扰动估计来改善舰载光电设备的动态性能, 提高其扰动隔离能力, 从而提高跟踪精度。分析了传统前馈控制二次扰动问题, 结合扰动估计观测器精确估计系统扰动的优点, 提出了基于参考模型扰动估计的前馈控制器。介绍了常规扰动观测器的工作原理, 分析了观测器应用于舰载光电设备中存在的问题; 引入参考模型, 构建了参考模型扰动估计的前馈控制器, 并给出了相应的结构图和传递函数, 分析了它的输出特性和鲁棒性; 最后, 对本文设计的控制器进行了模型仿真和实验研究并与传统前馈控制方法进行了对比。实验结果表明: 基于参考模型扰动估计的前馈控制方法对摩擦力矩扰动和测量误差有良好的补偿效果, 固定点指向误差均方根由12.36″提高到5.919″; 在靶标以10 s周期转动的动态实验中, 跟踪精度均方根误差从20.615 7″提高到13.744″, 隔离度提高了12 dB, 动态性能显著改善。本文方法结合了前馈控制和扰动估计的优点, 能更好地抑制扰动, 提高系统的动态性能和跟踪精度。

研究了机载成像系统的像移及其对成像质量与相机分辨率的影响。为准确获取像移矢量，实现成像系统像移补偿，提出了一种基于坐标变换的机载成像系统像移计算模型。通过线性坐标变换，建立了从地面目标景物到成像系统像面的坐标变换模型，推导了地面目标景物在成像系统像面的解析表达式，根据坐标在相机积分时间内的变化来确定像移矢量。分析了成像系统像移误差的主要来源,讨论了载机轨道坐标、飞行姿态角和相机视轴角误差对像移计算结果的影响，采用蒙特卡罗方法分析和统计了像移计算误差。样本实验结果表明,在载机姿态角和相机摆角不变条件下,像移量与载机速度成正比,与目标距离成反比,像移误差随着参数误差的增加而增加，其中载机经度和纬度误差是影响像移计算误差的重要因素。结果显示本文方法对机载成像系统的像移补偿具有实用价值。

针对摩擦力矩对高精度转台速度稳定性能的影响, 考虑到转台系统的实际工作情况, 本文提出了一种基于变结构的双闭环控制方法。该方法根据变结构控制的不变性特点, 采用指数趋近律规则, 构造了基于变结构的双闭环控制方式。通过比对传统双闭环控制和基于变结构的双闭环控制在转台系统低速转动时的仿真分析及实验结果, 表明本文提出的基于变结构的双闭环控制比传统双闭环控制可以更有效的克服摩擦力矩对高精度转台速度稳定性的影响, 提高转台的速度稳定性能。

使用MSP430系列单片机作为经纬仪自动调焦的控制核心，采用直线电位器作为位置测量器件。测试结果表明：该系统实现了光电经纬仪的自动调焦控制，提高了调焦精度，且在实际应用中取得了良好效果，具有较强的实用价值。

为解决伺服系统在低速状态下其电机力矩波动影响速度稳定性的问题，提出了一种基于自适应补偿的控制策略。从电机结构出发，分析了电机力矩波动产生的机理，建立了力矩波动的数学模型，提出了基于鲁棒自适应的控制策略。系统控制器由两部分组成: 超前-滞后校正用于保证系统的名义稳定性和鲁棒性；自适应补偿控制则采用最小二乘法在线辨识力矩波动，并给予自适应补偿。实验结果显示: 与仅使用超前-滞后方法相比，当采用自适应补偿时，速度波动的峰-峰值由4.21%下降到1.77%，均方根值由0.97%下降为0.39%，得到的结果说明提出的方法能够有效降低电机力矩波动对速度稳定度的不利影响。

为提高稳定平台的性能指标，满足其高精度、快响应的要求，实现对目标的实时跟踪，对稳定平台的控制方法进行了研究。首先，根据自适应逆控制的基本原理设计出稳定平台自适应逆控制系统的结构。然后，采用模型参考自适应逆作为控制器来完成稳定平台转轴的控制并尝试利用其开环特性来改进稳定平台的控制性能。稳定平台模型辨识和控制器的设计算法都采用最小二乘法(LSM)，最后分别采用传统的PID控制和自适应逆控制分析比较其输出效果。仿真结果显示，采用自适应逆控制时的定位精度可达29″，表明采用自适应逆控制的稳定平台具有响应快、无超调、抗干扰能力强以及稳态误差小等优点，其动、静态性能均优于常规的PID控制。

为满足含有多个成像系统的光电经纬仪跟踪实时性的要求,保证其跟踪的精度与可靠性,设计并研制了符合MIMD架构的计算系统。对经纬仪预测滤波、数据融合问题进行了理论推导,证明该算法需要大量的数值计算。为满足上述计算要求,开发出一套具有双DSP,单FPGA的3个运算单元的专用并行计算系统,分析了每个运算单元实时运算的时间开销。仿真实验表明,在具有3个成像系统的光电经纬仪中,当CCD采样频率为50 Hz时,光电编码器采样频率为800 Hz,该系统可以满足1.25 ms的实时性要求。

为较好地解决伺服系统的低速抖动问题,研究了重复学习控制方法抑制电机波动力矩等非线性干扰,以提高系统的低速平稳性问题.在讨论电机波动力矩成因的基础上,重点研究了电机齿槽效应引起的电机力矩波动的理论模型、量值大小等问题,并在模型转台上进行了实验测试.实验结果表明了理论分析的正确性,并证明了电机波动力矩的周期性.根据上述结论,引用重复学习控制来抑制这种周期性干扰,介绍了带有低通滤波器和前馈滤波器的改进型重复学习控制器的设计方法,设计了实际的控制系统.对采用重复学习控制的伺服系统进行正弦跟踪实验测试,结果说明,重复学习控制较好地补偿了低速或零速附近的系统死区特性,系统的跟踪误差最大值为0.72″.