随着航空航天、工业技术、生物医学等领域科技的不断发展,精密控制系统的应用越来越广泛,对精度的要求也越来越高。作为复合轴跟踪系统的精跟踪子系统,快速反射镜(FSM)系统对精度指标的要求也越来越严苛。本文以实际项目为依托,探索提高系统控制精度和扩大系统运行边界的方法。然后以此为目标,研究并完成了以下主要工作:1.建立全运行范围下,包括线性部分、非线性部分和噪声部分的完整系统模型。通过对系统物理结构的分析,建立了系统的理论线性模型,并以该模型与实际开环频率特性的差异作为依据,对理论参数进行校正,得到了与实际系统非常接近的理论线性白盒模型。为了更贴合实际,通过理论计算和实验测定,得到实际的非线性参数值,建立起了简化的非线性模型,包括饱和限模型和死区模型。同时,根据一组实测的噪声信号,建立了噪声模型。将该白盒模型再稍作变换,得到了系统的非线性状态空间模型,用于后续工作中控制器的设计、性能分析及性能极限的探索。2.采用状态增广和状态反馈理论,设计了双积分控制器。该设计方法调试简单,可以通过配置极点的方式来灵活调节系统性能,从而搜索到系统的物理极限。该控制器的各方面性能与单积分控制器相比均有所提升,完全可以满足项目方的指标要求。3.将状态反馈双积分控制器等价为古典类型的控制器。针对状态反馈双积分控制器实现难度大的问题,引入了降维观测器,并进行了模型的等价和降阶,最终将双积分控制器等价为古典控制器的形式来物理实现。等价后,该控制器可以看作由超前环节、陷波环节、积分环节和一阶微分环节等几种典型环节组合而成的古典控制器。这样就既保有了现代控制理论调试方便和控制效果良好的优势,又兼有了古典控制器实现简单的优点,具有较大的实际应用意义。4.探索系统的性能极限,得到了系统的性能极限曲线图。分析了系统的物理饱和限出现的顺序,发现系统的性能依次按照电压饱和限、加速度饱和限、速度饱和限的顺序受到影响。并据此作出了系统的性能极限曲线,对系统工作区域进行了划分。与单积分控制器相比,双积分控制器的线性工作范围增大,系统失控限也有明显提高,系统的性能极限得到提升。综上所述,本文针对快速反射镜设计出了一种精度指标高、极限性能好、且易于实现的双积分控制器。经仿真验证,该控制器稳态精度可达0.8″,低频段的跟踪精度与单积分控制器相比有明显提升,并且具有更大的线性工作区,更不易失控。