随着精密加工、半导体器件制造业以及集成制造产业的快速发展,出现了越来越多的精密控制系统,其性能指标越来越高。快速反射镜系统作为精密控制系统的重要组成部分,对其性能指标要求也愈发提高了。本文以快速反射镜(FSM)为研究载体,对系统进行建模、分析、控制器设计以及性能提升。具体研究思路为:首先在全运行范围内对被控对象建模;其次设计满足系统期望性能指标的控制器;然后进行控制系统性能分析,研究如何进一步提高系统精度;最后对控制系统进行了实现。主要工作如下:1.建立了能够在全运行范围内描述系统的模型。首先通过理论建模与实测数据辨识相结合的方法建立了被控对象的线性模型;之后通过机理分析加系统辨识的方式建立了两种可以相互替代的高阶谐振模型;然后通过理论分析和实验测试将系统非线性模型简化为小信号死区模型和大信号饱和限模型;最后通过测试得到系统的噪声模型。2.设计了抑制系统结构谐振的控制器。针对系统性能指标,从频率设计的角度分析设计了积分超前陷波控制器,完全消除一次结构谐振,达到了期望性能指标要求;为了进一步提高系统精度,分析了高阶谐振对系统精度的影响,约为1.6″,然后设计了抑制高阶谐振的鲁棒性较强的双二阶滤波器以及积分增广状态反馈控制器,减弱了高阶谐振的影响,进一步提高了系统性能指标。3.对设计的控制系统进行了全面的性能分析。从精度指标、鲁棒性、抗外扰能力三个方面对控制系统进行了性能分析;结果表明,采用本文设计的抑制高阶谐振的控制器,系统稳态精度达到了0.4″;检验了高阶谐振频率变化10%情况下控制系统的鲁棒性;检验了系统抗扰动的能力;分析了系统在非线性饱和限限制下线性区和非线性区的划分,得出了系统本身的物理极限是限制系统线性工作范围的主要因素。4.设计了控制器的数字控制算法;对控制器进行了模拟电路实现,并进行闭环系统验证,验证了设计的正确性。综上,本文对快速反射镜系统进行了建模、分析、设计以及实现,深入研究了影响系统性能极限的因素,明显提高了系统的性能。