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随着航天技术不断高速发展,空间相机外场成像伺服系统在遥感测试领域中得到了广泛的应用。空间相机外场成像伺服系统具有转动惯量大,负载变化率高等特性,对于此类系统,由于其被控对象数学模型线性化误差,转轴力矩干扰量模型难以建立,以及转台带负载后系统转动惯量难以估计等因素,使得此类系统在低速运行时,经典PID控制器的控制性能下降,所以本文引入了扩张状态观测器,来统一提取所有外扰量,从而提高伺服系统的低速运动性能。本文主要工作就是围绕应用扩张状态观测器来提高伺服系统的低速运动性能的研究而展开的。论文首先简要介绍了伺服系统的原理,发展历史以及研究现状。然后对空间相机外场成像伺服系统进行了设计,并对执行机构和反馈装置进行了详细地介绍。其次,研究了扩张状态观测器的结构、特点以及发展历程,并详细探讨了扩张状态观测器的参数选定问题。随后分析了线性控制器的特点和缺陷,并提出了一种适用于非线性控制的增益函数fal函数,同时分析了fal函数的特点,然后依据fal函数构造了非线性反馈控制律,设计了基于扩张状态观测器的非线性控制器。文章接下来建立了被控对象、线形及非线性控制器的数学模型。并根据各单元已建立的数学模型,在simulink工具中设计了系统整体的仿真模型。随后对扩张状态观测器进行了仿真分析,结果显示扩张状态观测器对外扰量的估计比较准确,可以被应用在此类伺服系统中。随后引入外扰,对双环线形PID、位置环线性PID+速度环非线性PID、位置环线性PID+带扩张状态观测器的速度环非线性PID三种控制策略进行仿真分析,结果表明基于扩张状态观测器的控制方法在空间相机外场成像伺服系统中的控制效果,明显优于不带扩张状态观测器的线性控制方法。论文最后介绍了控制系统硬件组成单元,然后主要介绍了主控单元的设计。随后将不同控制策略移植到DSP软件中进行试验验证。结果表明,带扩张状态观测器的伺服系统稳速精度优于1%,系统响应无超调,抗干扰性能显著提高。从而得出结论:扩张状态观测器的引入有效提高了空间相机外场成像伺服系统的整体性能。