针对地基大口径望远镜伺服系统的抗扰动问题, 提出了一种抗扰动控制算法。该算法采用双闭环控制结构: 内环为高带宽的电流环, 采用PI控制器; 外环为速度环; 采用线性自抗扰控制器, 通过线性扩张状态观测器辨识出系统扰动, 然后将该扰动前馈到系统控制量中去, 构成复合校正系统。为解决大动态输入引起的控制器饱和问题, 状态观测器的输入控制量加入了抗饱和控制算法, 保证了系统的稳定性和良好的动态特性。仿真和实验结果表明: 与传统的PI控制器相比, 引入抗饱和功能的自抗扰控制器在高低速均可以获得良好的动态性能; 在低速平稳跟踪实验中, 速度波动误差(RMS)由0.000 68 (°)/s降低到0.000 32 (°)/s。实验结果证明提出的方法能够有效提高伺服系统抗扰动能力和速度跟踪的平稳性。

研究了空间飞行器扫描伺服系统的高精度驱动控制技术。针对有效载荷对地面目标进行扫描时多要求其伺服系统提供高精度的低速性能, 本文提出采用交流永磁同步电机直接驱动伺服系统, 省去中间的减速器传动环节来提高伺服系统的驱动控制精度。 伺服驱动控制系统用现场可编程门阵列(FPGA)作为高速信号处理芯片, 提高信号的处理速度和控制精度; 用高精度的绝对式光电编码器检测转动位置, 提高位置检测和速度的精度; 主电路采用功率线性放大技术, 得到光滑, 力矩脉动小的驱动波形。系统实验表明, 由于该方法采用模拟正弦信号驱动, 在低速时避免了脉宽调制(PWM)驱动信号开关和死区造成的速度波动, 实现了高精度的速度控制, 速度波动范围在1%以内; 得到的电压、电流测试曲线光滑, 无高次谐波干扰。该扫描伺服系统满足动态和静态要求, 为实现空间低速高精度扫描提供了一种新的方法。

为解决光电跟踪伺服系统受电机力矩波动影响产生的速度波动问题，提出了一种改进的自抗扰控制策略进行力矩波动补偿。该算法主要由两部分组成：通过扩张状态观测器辨识出系统扰动，然后将该扰动前馈到系统控制量中去，构成复合校正系统；反馈通道中采用两参数的比例微分控制器，可以保证系统的稳定性和良好的动态特性。仿真分析和实验结果表明：与同等闭环控制带宽的 PI控制器相比，自抗扰控制器可以提高系统对扰动力矩的抑制能力，采用自抗扰补偿时，速度误差的峰值由 1.88%降低到 0.65%，速度误差的均方根值由 0.8%降低到 0.2%。实验结果证明提出的方法能够有效降低电机力矩波动的影响，提高速度平稳性。

针对大口径光电望远镜惯量大、存在摩擦非线性的特点，设计了自抗扰控制器以改善伺服系统的速度响应特性。介绍了自抗扰控制器的工作原理和基本结构，给出了控制器参数的选择依据，并仿真分析了各个参数的作用效果。最后，在实际望远镜转台上和常规PID控制器进行了对比实验。结果表明，采用自抗扰控制器，既可以实现大速度阶跃响应快速无超调，又可以缩短低速阶跃响应时间、改善低速平稳性。在以0.005 (°)/s速度运行时，系统稳定时间为1 s，速度波动标准差为0.000 082 (°)/s，最大值为0.000 42 (°)/s，性能明显优于传统的PID控制系统。实验结果证明自抗扰控制器对摩擦、饱和等非线性因素具有抑制能力，可以提高望远镜伺服系统的调速性能。

在闭环控制系统中引入了扰动估计和补偿来改善光电稳定平台低速性能，并提高其扰动抑制能力。提出了基于速度信号的扰动观测器，并对其各项性能进行了研究。介绍了常规的基于加速度的扰动观测器的工作原理，指出了它在光电稳定平台应用中存在的问题；通过引入平台的标称模型，构建了基于平台速度信号的扰动观测器，给出了相应的闭环控制系统结构，分析了它的输入输出特性、扰动抑制能力和鲁棒性；最后，对本文方法进行了仿真和物理实验。实验结果表明：当平台按0.5 Hz，0.6(°)/s做正弦运动时，引入本文提出的带扰动观测器的PI控制基本克服了常规PI控制存在的低速爬坡现象；对于1 Hz，6.3(°)/s的载体正弦速度扰动，平台的扰动隔离度提高了约14 dB，稳定精度从0.03°(RMS)提高到了0.0044°(RMS)。实验结果证明了本文方法的有效性。