为了提高光电稳瞄平台的扰动补偿能力, 提出了一种基于自抗扰的改进内模控制策略。以经电流环化简后的方位轴速度环为控制对象, 采用内模控制给定系统期望输出轨迹, 将基于自抗扰的鲁棒控制律引入到内模控制结构中降低模型误差和外部扰动对系统的影响, 提高抗扰动能力。给出了所提出控制器的设计方法与闭环控制系统结构, 仿真对比实验验证了所提策略的高性能表现, 结果表明, 所提方法对于系统参数摄动具有很强的鲁棒性, 与标准内模控制以及PI相比具有更高的稳定精度。

针对高精度光电稳定平台系统的跟踪精度易受到摩擦力矩和非线性干扰等因素的影响, 运用加性分解理论将光电稳定平台系统分解为主系统和辅系统。主系统采用基于加速度的分数阶PID控制方法, 确保视轴的跟踪精度。针对辅系统提出了基于速度信号的分数阶干扰观测器(FO-VDOB)的设计方法, 利用分数阶的阶次能够在实数范围内任意选取的特点, 可以更好地解决干扰抑制和估计补偿, 保证视轴的稳定。结合分数阶理论设计分数阶滑模补偿器, 在辅系统中进一步补偿未知的干扰。利用有限时间收敛理论和李雅普诺夫理论证明了系统在有限时间内达到了稳定。实验结果表明,该方法使得光电稳定平台系统对运动目标具有很高的跟踪精度。

设计了一种永磁同步电机驱动的舰载光电跟踪系统, 利用光纤陀螺实时检测光电跟踪器的运动状态, 由永磁同步电机通过齿轮间接驱动光电跟踪系统, 使其在惯性空间保持稳定。不同于陆基光电跟踪系统, 舰船受风浪影响所产生的摇摆运动会耦合到舰载光电跟踪系统, 对其跟踪性能产生较大的影响。为了减小舰船摇摆带来的影响, 降低齿轮间隙、死区、摩擦、系统模型失配等扰动的影响, 设计了舰载光电跟踪系统的干扰观测器(DOB), 利用DOB观测出包括舰船摇摆所造成的各种扰动, 将其作为补偿信号前馈到控制输入端, 减小非线性扰动对系统的影响。实验结果表明, 该方法能提高光电跟踪伺服控制单元的抗干扰能力, 有效提升系统的控制性能。

为了提高车载光电稳定平台的抗干扰特性, 在传统PID算法的基础上, 应用自抗扰控制(ADRC)的核心部分扩张状态观测器(ESO)来实现对扰动的估计和补偿。通过仿真和试验验证ESO对阶跃干扰和正弦干扰抑制效果, 表明PID+ESO算法对扰动的补偿效果相对于PID算法提高了40%。该方法简单、有效, 易于实现, 具有较强的工程应用价值。

提出了一种采用BP神经网络对自抗扰控制器中的非线性扩张状态观测器进行参数整定的方法, 简化了非线性扩张状态观测器繁琐的参数整定过程, 并对这种结合了BP神经网络的自抗扰控制系统进行了仿真分析。仿真结果表明, 加入BP神经网络的自抗扰控制系统可以显著地提高机载光电稳定平台的扰动隔离度, 控制效果明显比传统自抗扰控制方法好, 对提高机载光电稳定平台的视轴稳定精度具有重要意义。

为了提高光电伺服稳定平台的跟踪精度, 针对系统中干扰的影响提出一种新型终端滑模控制算法。首先, 提出一种新型终端滑模干扰观测器的设计方法, 实现对系统中干扰的快速估计和实时补偿。其次, 设计新型终端滑模控制器来提高系统的跟踪精度, 结合有限时间收敛和自适应控制的思想, 对切换增益进行在线调整, 有效地抑制了滑模控制中的抖振问题, 使系统状态能够在有限时间内快速地收敛到所设计的滑模面上, 并对未估计干扰进行精细化补偿。最后利用Lyapunov理论证明控制系统的稳定性。实验结果表明: 该控制策略保证了光电跟踪系统视轴对运动目标的跟踪精度, 在0.05 Hz时误差小于0.002°, 在2 Hz时误差小于0.034°, 增强了系统的鲁棒性。

为了提高机载光电稳定平台的稳定精度，在分析研究机载光电稳定平台工作原理的基础上，对稳定控制回路进行了分析建模，简要分析了影响稳定平台精度的因素和经典控制算法存在的不足，提出了基于自抗扰控制技术的改进算法。首先，将电机模型进行处理，简化为二阶积分串联型环节；然后，设计扩张观测器对扰动进行实时估计，设计带扰动补偿的反馈控制律；最后，仿真测试了自抗扰控制器对扰动的抑制能力，并与现有的经典控制方法进行对比。仿真结果表明，自抗扰控制能够有效地抑制各种扰动的影响，与经典控制算法相比，抗干扰能力有明显增强，速度稳定精度和视轴稳定精度也有较明显的提高。

为了提高红外导引头的跟踪精度，降低导气管对导引头控制系统的影响，提出一种新型可变增益扰动观测器。首先，利用搭建的导引头实验系统研究了导气管干扰的扰动特性。然后，在分析导气管扰动的系统特性基础之上，结合经典扰动观测器理论，设计了新型可变增益扰动观测器，并分析了其鲁棒稳定性。最后，针对某实际红外导引头系统，设计了可变增益扰动观测器，并进行了导气管扰动抑制实验。结果表明: 经典扰动观测器无法对导气管的扰动进行有效的抑制，而采用可变增益扰动观测器后，系统速度阶跃响应稳定精度提高71.1%; 位置阶跃响应稳定精度提高42.8%。研究表明可变增益扰动观测器可以有效地抑制红外导引头中的导气管扰动。

对航空光电稳定平台模型进行分析并利用电流环简化了平台模型。阐述了影响平台稳定性的扰动及抑制扰动的方法, 提出一种基于预报修正的自抗扰控制系统。首先, 提出了一种预报修正方法, 采用"先预报, 后修正"的方法来减小扰动观测值的滞后和超调; 然后, 设计了基于二阶扩张状态观测器的自抗扰控制系统, 对扰动进行线性化动态补偿; 最后, 在振动平台上对系统进行了速度稳定实验、目标跟踪实验和鲁棒性分析。结果表明, 与经典的平方滞后超前控制方法相比, 本文设计的控制方法对扰动的隔离度至少提高了5.88 dB。另外, 设计的系统具有很强的鲁棒性, 在系统参数改变±15%的范围内, 仍得到很好的控制效果。由于所设计的控制系统具有很强的实用性和鲁棒性, 在工程实际应用中提高了航空光电稳定平台的抗扰动性能。

提出一种基于电流环的自抗扰控制新方法以进一步提高航空光电稳定平台的抗干扰能力。首先，利用电流环将硬件电路中复杂的电机模型简化为一阶模型，从而减小了由于参数过大噪声对扰动观测值的影响；然后，采用带宽单参数化的设计方法为简化后的一阶系统设计了扩张状态观测器及带扰动补偿的控制规律；最后，在飞行模拟转台中测试了自抗扰控制器对2.5 Hz以内任意频率扰动的抑制能力，并与目前航空光电稳定平台中常用的平方滞后超前校正方法进行了对比。实验结果表明：与传统的平方滞后超前控制器相比，采用自抗扰控制器后系统的扰动隔离度至少提高了6.56 dB；而且随着扰动频率大于0.5 Hz，自抗扰控制器的扰动抑制能力更为明显，扰动隔离度最多可提高12.03 dB。同时，自抗扰控制器具有很强的鲁棒性，允许被控对象参数在15%的范围内任意变化，可满足高精度航空光电稳定平台的性能要求，对提高航空光电稳定平台控制系统的抗扰动性能具有较高的实用价值。