随着现代光电技术的发展,快速调转能力成为光电设备的一项重要指标,一些传统的控制算法已经不能满足光电设备快速调转时快速性和稳定性的需要。Bang-Bang控制快速性已被证明是一种优良的控制算法,对于光电设备快速调转能力来说,系统要求在调转进入小范围时,要能稳定捕获并且跟踪目标,用来保证激光测距的准确性,以获取方位、俯仰和距离三维信息。这样Bang-Bang控制的缺点便显露出来,那就是在进入小偏差后,被证明极易不稳定,速度比较小时,收敛速度变得比较慢,目标红外抓捕时容易晃出视场。基于此本文提出一种三维信息变结构控制方式。即主控发给光电设备伺服控制系统快速调转命令,伺服判断调转角度,按照三维信息变结构控制的控制率进行调转,即大角度调转时采用非线性的Bang-Bang控制,增加其调转快速性,当接近既定目标时切换为线性控制,根据线性控制时不同调节器的不同特点,提出了在目标捕获阶段伺服控制系统位置回路采用一阶调节器,跟踪激光测距阶段位置回路采用二阶调节器的控制策略。并给出了不同阶段的切换条件。基于三维信息变结构控制的核心算法,文章构架了一套具有完整硬件和软件的伺服控制系统。首先,介绍了光电系统的概念,由此引申出快速调转伺服控制系统的基本组成,并对光电设备伺服控制系统主要元器件进行选型,且详细介绍了工程中的伺服系统数字化方法。其次,获取较为精确的机械时间常数Tm。传统的公式法求电机的机械时间常数Tm往往以忽略摩擦力作为前提,光电设备作为光学精密机械对Tm的精度和可信度要求较高。本文利用阶跃法推导出近似e指数函数作为Origin拟合软件的拟合公式,得到了精度和可信度较高的机械时间常数Tm和放大倍数K。再次,从理论上分析了单Bang-Bang控制的不足,提出了三维信息变结构控制方法,并从理论和实践上进行了论证,同时采用PC104模块作为核心处理器进行伺服主板的硬件设计,实现了速度和位置的双闭环稳定控制算法。最后,介绍了伺服控制主板及其外扩电路和功率驱动电路的设计和实现。通过主控计算机引导,进行了大角度失调和双目标时快速调转跟踪试验,在既定电机条件下,实验数据如下:典型的180°大角度调转时间大约在1.86s,比传统方法缩短了近0.7s;典型的90°双目标能力大约为2.27s,比传统方法缩短了近0.9s,快速性提高明显,满足系统指标要求。配合激光测距机,录取报文,可以分析出稳定捕获后跟踪阶段4帧激光回值稳定,得到90°的双目标信息数据率为0.44Hz,稳定性满足系统要求。