为了提升高精度光电跟踪系统(ETS)的跟踪精度和其处理不确定性的能力, 设计了一种1型模糊滑模控制方法, 模糊控制用于在线自适应调整滑模控制(SMC)切换项参数; 并采用区间2型模糊滑模控制(IT2FSMC)方法来提高系统处理不确定性的能力,进而提升跟踪精度, 同时降低SMC抖振; 此外, 用粒子群优化算法来保证选取的SMC参数相对最优, 并对提出的各种控制方法进行了理论分析和实验对比。结果表明, IT2FSMC能在降低SMC抖振的同时将SMC的稳态误差降低54.43%。仿真和实验分析验证了所提出控制方法在ETS中的有效性。

光电搜跟系统在低速跟踪状态工作时, 由于转轴之间存在非线性摩擦力矩, 会引起跳动或“爬行”现象, 非线性摩擦力矩还会降低角分辨率和重复精度, 对跟踪精度的影响很大。对此, 提出了一种基于遗传算法的摩擦建模与补偿方法: 首先, 选取Stribeck摩擦模型, 利用遗传算法辨识光电搜跟系统的Stribeck摩擦模型, 以获得较高的模型拟合程度, 降低拟合误差; 在此基础上, 对所辨识出的摩擦进行前馈补偿, 以减小非线性摩擦力矩对光电搜跟系统性能的影响; 仿真和实物实验证明了所提方案的有效性, 提高了光电搜跟系统的控制性能, 取得了较好的补偿效果。

针对机载光电跟瞄稳定问题，分析比对整体陀螺稳定和半捷联稳定的技术特点，揭示半捷联稳定原理；根据半捷联稳定下跟瞄框架的惯性空间角速度表达式，分析影响半捷联稳定的主要因素；通过设计巴特沃斯二阶低通滤波器，降低陀螺噪声；采用频率特性分析和预测误差法进行精确建模，设计超前控制环节，校正光栅量化误差和陀螺信号延迟，并进行仿真分析；利用原型样机进行试验研究，达到整体式陀螺稳定平台的稳定精度，具有较强的工程实用性。

针对伺服系统中非线性力矩干扰导致光束跟踪性能下降的问题, 采用神经网络算法实现光电跟踪系统的非线性控制。分析了径向基函数神经网络监督控制算法应用于光电跟踪系统的优势, 设计了光束跟踪实验, 数据显示神经网络能够智能输出非线性控制量抑制摩擦力矩干扰, 提高光束跟踪性能, 对幅度3°、频率在1 Hz以内的光束扰动抑制比达到-28~-51 dB, 比初始未优化的PID控制提高15 dB以上。实验结果表明, 神经网络算法可以自动建立反馈量与控制量的非线性映射, 适用于复杂系统的非线性控制。

为了在光电跟踪控制系统中实现复合控制以提高跟踪精度, 构建了基于模型自适应卡尔曼滤波算法的复合控制结构。首先, 利用跟踪脱靶量数据和仪器位置数据合成目标角位置数据; 然后, 利用模型自适应卡尔曼滤波算法对目标角位置数据进行滤波估计以获得目标角速度信息; 最后, 将目标角速度信息前馈到速度回路, 从而构成复合控制系统。实验结果表明: 采用复合控制结构后, 目标跟踪精度提高了50%。基于模型自适应卡尔曼滤波算法的复合控制技术能够在保持原反馈控制系统稳定性的条件下提高跟踪精度。

角锥棱镜常被用作光电测距和光电跟踪的合作信标。在一些特殊应用场合中，要求被角锥棱镜反射的光束具有一定的发散角，以实现对远场不同位置处激光器和探测器的全覆盖。标准角锥棱镜不具备对光束发散的功能，但是可以利用角锥棱镜中光束出射点与入射点不同的特性，在标准角锥棱镜前加装平凹透镜来实现对反射光束的发散。采用理论分析方法和几何光学追迹模拟方法分析了利用平凹透镜和标准角锥棱镜实现反射光束发散的可行性，同时研究了反射光束发散半角与入射光束参数和平凹透镜几何参数的定量关系。理论和模拟结果都表明，当入射光束半径小于平凹透镜半径时，反射光束的发散半角随入射光束半径准线性增加；平凹透镜曲率半径越小，反射光束发散半角越大。

目前工程上对光电跟踪系统的控制器设计多数采用基于被控对象数学模型的控制策略。模型的辨识是否准确, 如何开展控制器设计成为系统的难点。利用DSP控制器对光电跟踪系统进行全数字方式的传递函数测试, 在线处理测试数据, 同时DSP控制器通过接收系统期望的特性参数, 自动计算出校正参数, 完成控制器框架设计。根据跟踪目标特性, 结合跟踪误差特点及工程经验库, 提出准速度/加速度补偿算法, 优化控制器, 该方法已成功应用于某光电跟踪系统。基于模型辨识设计的高精度控制器设计方法简单、实用、无附加成本, 提高了系统跟踪精度, 具有较好的使用效果。

引入了模糊控制法和滞后超前校正法相结合的双模控制技术来提高光电跟踪系统的响应速度、抗干扰性能并降低超调。分别介绍了模糊控制法和滞后超前校正法的工作原理, 基于两种方法的优势, 设计了双模控制系统。利用MATLAB对双模控制系统进行了仿真实验和相应的实验验证。仿真实验显示: 相比滞后超前校正法, 双模控制法能够有效降低系统超调, 提高系统响应速度, 同时具有更强的抗干扰性。利用实际光电跟踪转台对双模控制法进行了实验验证, 分别对转台进行了方位系统180°阶跃实验和俯仰系统60°阶跃实验, 并与滞后超前校正法进行了对比。结果显示, 双模控制法使方位系统和俯仰系统的超调都达到了0%, 调节时间和稳态精度也都有所提高。得到的结果表明提出的双模控制法能够有效降低光电跟踪系统的超调, 提高响应速度, 增强系统的抗干扰性。

针对三自由度光电跟瞄平台系统状态不可完全观测的特点,进行可观测结构分解.对可观测部分设计H∞滤波器,并结合状态反馈H∞稳定控制对所设计的H∞滤波器进行仿真研究.结果表明,在噪声统计特性存在不确定性的条件下,H∞滤波器能很好地观测系统的状态,并且达到较好的滤波效果,具有一定的鲁棒性.