光电吊舱是车载、机载、舰载武器装备的重要组成部分,主要用于完成目标搜索跟踪、环境特征识别、战场态势感知、火力打击引导等任务。光电吊舱在机载条件下的应用尤为普遍,载机的快速更新换代对光电吊舱提出了越来越高的性能要求。近年来,小型飞机尤其是小型无人机迎来了快速发展,为适应其需求,光电吊舱开始朝体积小、重量轻、功能集成、指向精度高等方向发展。传统的传动方式(如齿轮传动、链传动)由于存在固有的摩擦、空回、间隙等非线性因素,制约了伺服运动性能的提高,难以满足光电吊舱的轻量化高精度要求。而柔索传动这一新型传动方式具有质量轻、精度高、空回小、布局灵活等优点,在精密指向机构中具有良好的应用潜力。本文着眼精密柔索传动在小尺度平台的工程应用问题,通过系统设计研制出一款质量小于1kg、稳定精度优于1mrad的光电吊舱,并结合实际装置对吊舱的建模与控制问题进行研究。论文的主要工作包括以下几个部分:1.为明确光电吊舱的工作机理,从稳定方式、结构形式、惯性器件等方面分析了光电稳定平台的结构功能特点。结合研制任务书的指标要求进行需求分析和总体方案设计,为后文的详细设计奠定基础。2.为明确传动机构的负载要求,分析了吊舱的载荷特性。在载荷分析的基础上,按照规范流程对两轴柔索传动机构进行设计,对系统中的关键部件进行静动力学校核,最终确立了轻量化吊舱的机械结构。3.为实现吊舱的伺服控制功能,进行了软硬件设计,重点分析了电源电路、驱动电路、陀螺信号处理电路的设计过程,开发了嵌入式软件,构建了一体化操控终端,形成了完善的功能平台。4.为全面了解系统的动力学特性,建立了吊舱伺服轴的模型,在建模过程中重点分析了摩擦力矩扰动对速率稳定回路的影响,并在Simulink仿真平台上采用扰动观测器对其进行补偿。5.为验证建模和观测器仿真的效果,依托精密转台搭建半实物仿真实验平台,采用扫频方法得到系统的实验模型,通过对比,检验了理论建模和实验建模的一致性,评估扰动观测器的摩擦补偿效果,最后进行了两轴稳定精度测试,结果表明稳定性能可满足指标要求。6.为进一步掌握柔索传动的静动态特性影响规律,构建了柔索传动实验装置,对柔索传动性能开展进一步的深入实验研究,详细测试了包括定位精度、带宽等性能指标,为下一步研究柔索传动在更高精度的应用打下了基础。