随着现代军事科学技术的发展，对火箭炮操瞄系统的跟踪精度提出了更高的要求。操瞄系统由多个子环节组成，如驱动器环节、电机环节、机械传动环节及位置控制器环节等。由于各环节之间存在多物理过程和多参量关系，所以整个系统的动态性能不但由每个子环节确定，而且受子环节之间相互作用的影响。为了促进防空火箭炮的发展和减小不确定因素对伺服系统的影响，本文结合某集束防空火箭炮操瞄系统的研制，以几种先进控制策略为基础，利用现代控制理论及智能控制算法，对存在参数变化及负载扰动等不确定因素的火箭炮伺服系统进行了跟踪理论及实验研究。研究内容主要包括以下几个方面:　　 (1)分析了集束防空火箭炮位置伺服系统的结构特点和工作原理，基于机电系统全局分析的观点及机械系统力学原理，将火箭炮位置伺服系统划分为电机环节、机械传动环节、驱动器环节和位置控制器环节等几个重要组成部分，建立了该系统的传递函数和状态空间方程。分析了影响伺服系统的几个重要因素，对比了交流位置伺服系统的几种控制结构。利用MATALB/Simulink工具箱搭建了系统仿真模型，并对二阶前馈比例控制策略进行了仿真研究，分析了阶跃信号下参数摄动及外界扰动对系统的影响。　　 (2)针对火箭炮伺服系统不同速度模式的位置跟踪问题，结合反演控制方法，设计了反演模式一及反演模式二两种系统控制方案。首先从位置跟踪误差开始设计虚拟控制器，然后选择虚拟误差、位置误差构成新的子系统，通过递推依次对虚拟控制器逐步修正，最终设计出控制律。利用李雅普诺夫稳定性理论对设计的控制系统进行了稳定性证明。通过在不同信号及不同工况下的仿真表明，模式一更有利于提高系统的跟踪精度。　　 (3)针对集束防空火箭炮位置伺服系统具有参数及负载变化大、冲击力矩强等特点，结合自适应控制理论、反演法和滑模控制提出了自适应反演滑模控制策略。在位置控制器设计中，利用反演法递推设计每一步的虚拟控制器，通过滑模控制实现每一步中的虚拟控制器以及最后的实际控制器，这样每一步中的虚拟控制器都能对系统中的不确定性进行补偿，从而减小了参数摄动等因素造成的影响。仿真结果表明，这种控制方法能够很好的减弱模型不确定因素对跟踪精度及动态特性的影响，满足位置控制性能要求。　　 (4)针对常规反演法中的“项数膨胀”问题、虚拟控制量难以确定及参数线性化等不足，结合智能方法的优势，将自适应智能反演复合控制策略应用于火箭炮伺服系统位置跟踪控制。对影响系统跟踪性能的参数摄动、负载扰动及虚拟函数的高阶导数等不确定因素，采用自适应模糊控制方法进行补偿。详细阐述了自适应模糊反演位置控制器的设计过程，根据系统状态方程推导了其控制律，并进行了稳定性分析，理论分析了其参数选择方法。仿真结果表明，该控制器具有良好的跟踪特性，对参数摄动及干扰有较强的鲁棒性，适合高速、高精度火箭炮伺服系统的跟踪控制。　　 (5)根据切换控制理论及单神经元PID控制方法，设计了单神经元PID反演复合位置控制器。利用误差切换值的设定来减小反演法对参数的敏感性和神经元调节溢出的现象。采用神经元自调节特性来降低参数摄动及外界干扰等因素对系统动态跟踪的影响。总结了单神经元PID控制器参数的选择规律。仿真结果表明，该复合控制策略能够使火箭炮伺服系统达到较好的动态特性，这种切换控制方法更有利于位置控制器的工程实现，简化了其软件设计。　　 (6)分析了实验系统的结构特点和基本组成，完成了系统硬件电路、软件编程及电气连接部分的设计，最终构建了以DSP2812为核心的火箭炮高精密驱动系统的样机体系。以样机实验系统为基础，对自动操瞄系统在不同信号下的比例控制、二阶前馈比例控制、智能复合控制、反演模式一控制及反演模式二控制进行了实验研究。通过实验结果分析，不仅证实了系统设计指标实现的可行性，同时也证明了仿真研究的正确性及先进控制策略的有效性，为伺服系统性能的改进提供了参考依据。