与U型台相比, T型转台具有高度低, 质量轻等优点, 但由于负载不均衡, 它的控制器较难设计。介绍了一种T型转台复合轴控制系统的设计与优化, 转台速度环采用“PI+超前算法”, 提高系统穿越频率, 改善系统动态性能, 同时针对周期性低频扰动进行实时动态补偿, 降低扰动对误差的影响。位置环小误差范围采用“PI+多重滞后环节”串联校正, 低频增益提高。并分析T型转台的复合轴控制方法, 在高精度跟瞄系统中仿真验证, 最终应用于某光电跟瞄转台, 跟踪精度优于10 μrad(RMS)。

在单探测器型复合轴系统中, 子轴跟踪启动后, 主轴因没有适当的控制输入而处于开环状态, 易导致目标脱离视场。为了避免这种情况, 需要系统将精确的压电陶瓷(PZT)位置反馈给主轴。单独使用PZT振镜的开环系统时, 无法对PZT振镜的倾斜角度进行较高精度的控制, 若辅以检测补偿系统, 则可以提高系统的控制精度。目标位置检测对于振镜控制具有重要的作用, 它为开环状态下的伺服系统提供精确的控制信息, 以保证目标始终在视轴的中心位置。根据PZT振镜的物理结构特点, 研究单探测器型复合轴系统中振镜位置的检测方法, 给出电路的设计原理, 同时提出一种新的利用光学自准直仪的标定方法; 给出控制公式, 并重复进行多组实验, 以对控制公式进行验证。实验结果表明, 控制误差可以保证在20 μrad以内。该研究结果为单探测器型复合轴的控制系统设计提供了基础。

复合轴跟踪系统能够有效提高光束定向系统的跟踪稳定性和跟踪精度, 它的实体仿真模型可以分解为场景模型、成像模型、预测模型和跟踪控制模型等。基于组件化仿真软件EasyLaser友好的用户建模方法和代码自动生成技术, 提出了复合轴跟踪系统的组件化仿真方法。研究了基于Matlab引擎, 通过Simulink环境嵌套方式调用求解器, 确保控制环节仿真的可靠性。融合复合轴光电系统仿真中运动、控制、光学传输等相关内容, 提出了若干辅助组件, 能够基于数值方法自动模拟仿真过程中控制量驱动的解耦过程, 解决了结构和光路布局具有多样性的复合轴系统的组件化仿真难题。通过与自适应光学系统联合的仿真实例, 表明了复合轴跟踪系统组件化仿真技术的可靠性、便利性和适应性。

为了实现机载光通信终端小型化、高准确度的要求, 依据机载平台振动功率谱特点设计了以FPGA为核心的小型机载精跟踪光通信终端.分别通过室内模拟跟踪与扰动抑制、远场信标探测与通信评估实验对精跟踪系统的性能进行了验证.分析了精跟踪系统对机载平台振动的抑制效果以及不同湍流强度对跟踪造成的影响.在远场3.4 km进行大气湍流验证实验, 通过角速度模拟了飞机到地面距离20~30 km, 飞行速度700～900 km/h时的通信实验.实验表明, 精跟踪系统对机载平台的振动具有较强的抑制能力, 系统跟踪准确度为3 μrad左右; 精跟踪可以使机载光通信模拟运动时的接收光功率提高4～5.9 dB.系统搭建灵活, 跟踪准确度高.

对机载激光**跟踪瞄准精度要求进行了分析, 给出了复合轴的控制结构, 具体分析了跟踪瞄准的误差源, 采用Matlab/Simulink对复合轴伺服系统进行仿真研究。仿真结果表明, 系统动态性能良好, 跟踪精度和扰动抑制具有较好的效果, 复合轴伺服系统在机载激光**跟踪瞄准系统中是一种十分有效的控制结构。

本文分析了单探测型复合轴系统探测器大视场与高帧频之间的矛盾以及主轴与子轴单元控制输入耦合的问题。采用智能相机控制技术，在线调整 CCD探测器的工作参数，实现了探测器在捕获 /粗跟踪阶段大视场与精跟踪阶段高探测帧频状态之间的切换；将 PZT位置输出与脱靶量进行位置信息的合成并将该信息作为主轴控制输入以保证子轴正常工作。并对系统控制方法进行了仿真，提出根据跟踪精度作为判断系统是否解耦的方法。实验结果表明该方法消除了系统的耦合，取得了较好的控制效果。

卫星激光通信具有巨大的潜在应用价值,国际上已实现高码率、小型化、轻量化和低功耗激光通信终端,其中光学跟瞄系统的设计和控制是关键技术之一。由粗跟踪系统和精跟踪系统组成的复合轴系统能实现光跟瞄系统的大范围、高精度跟踪任务。对卫星激光通信光学跟瞄系统的特点和关键技术进行了讨论,介绍了光跟瞄技术中的扫描、捕获、指向、跟踪过程,综述了复合轴光跟瞄控制系统的国外研究进展。最后对卫星激光通信复合轴光跟瞄系统的应用前景进行了展望。