无人机光电目标探测与跟踪系统在执行任务过程中,易受到载体姿态变化和平台自身扰动的影响,导致视轴抖动,成像模糊不清,从而影响光电目标探测系统捕获、瞄准和跟踪目标的精度。因此需要采取有效的控制算法提高系统的视轴稳定性能。本文围绕无人机光电系统视轴稳定控制器设计和控制电路实现方法开展研究。研究主要内容如下:(1)根据光电目标跟踪系统的光学机械结构,建立了系统平台的基座、俯仰框架、方位框架的坐标系,推导了各坐标系之间的变换矩阵并建立了两框架光电系统的运动学和动力学模型,获得了轴系间的角速度、角加速度、转动惯量和力矩间的关系,为视轴稳定控制器设计奠定基础。(2)建立了视轴稳定回路各环节的传递函数,设计了参数自整定模糊PID稳定控制器结构。通过仿真对比验证了模糊PID控制器相比于经典PID控制器有着更好的控制性能。考虑到载体速率扰动影响稳定精度的因素,将速率扰动观测器(VDOB)引入视轴稳定回路,构建参数自整定模糊PID结合VDOB的复合控制器。仿真实验验证了稳定控制系统中引入VDOB能够显著改善控制系统对低频扰动信号的隔离效果,提高了控制系统的性能。(3)针对视轴稳定回路MEMS陀螺输出信号噪声较大,影响视轴稳定精度的问题,研究了微机电系统(MEMS)陀螺去噪方法。分析了陀螺温度漂移产生的原因,建立了陀螺信号滤波的Kalman-AR模型,对陀螺信号进行降噪处理,并采用粒子群算法(PSO)优化BP神经网络的补偿方法对MEMS陀螺温度漂移进行了补偿,提高了视轴稳定系统的控制精度。(4)设计并实现了基于FPGA的视轴稳定控制器硬件电路。包括:电源模块、通信模块、驱动模块和数据采集模块。设计了控制系统软件。(5)对控制系统进行了仿真和实验验证。仿真结果表明参数自整定模糊PID与VDOB结合构建的复合控制器有效提高了控制系统的性能。稳定控制系统实验结果表明视轴稳定控制系统的稳定精度为46.1μrad,满足系统指标要求。