光电跟踪系统目标捕获是指在视场中发现目标,伺服系统快速响应并捕捉到目标的过程,是进行稳定跟踪的前提。目标捕获过程系统的调节时间、超调量、稳态波动量是衡量光电跟踪系统快速捕获能力的重要指标,其中小超调量和小稳态波动量对成功实现目标捕获与跟踪的自动切换过渡起着至关重要的作用。为了提高光电跟踪系统目标的快速捕获能力,首先论述了光电跟踪伺服系统的硬件电路结构,驱动电路采用是采用三菱公司IPM智能功率模块,控制器采用DSP+FPGA架构,DSP采用TI公司的28335作为主控制器,负责控制算法的实现和FPGA的通信;FPGA采用Xilinx公司的spartan6作为协控制器,主要负责数据的采集,和SVPWM等控制信号的产生。其次,推导出基于永磁同步电机的光电跟踪伺服系统的控制模型并采用工程上常用的正弦扫频法和首次应用到光电跟踪系统辨识的自适应差分进化算法分别对其进行辨识。最后,分别应用时间最优控制与滑模控制实现光电跟踪系统目标快速捕获过程,并分别以30o、60o、90o、120o、150o、180o阶跃信号为目标,进行大量的仿真与实验研究,结果为最大的调节时间4.3791s,而最大的超调量55.47%。研究结果表明时间最优控制、滑模控制上升时间虽然比较短,但调节时间长,超调量大;时间最优控制稳态波动量大,滑模控制稳态值虽然平稳但稳态误差大。鉴于上述两种方法的不足,本文根据时间最优控制与滑模控制的特点,提出了时间最优滑模控制。将时间最优控制系统的最优状态运动轨迹采用最小二乘逼近法拟合为直线,并将此取为滑模面函数,设计相应的控制策略使系统状态快速趋近滑模面,并沿着滑模面快速达到空间平衡点,保证了系统的快速性和鲁棒性。并分别以30o、60o、90o、120o、150o、180o阶跃信号为目标进行快速捕获控制技术研究,实验结果为时间最优滑模控制调节时间比时间最优控制和滑模控制分别减小了约43.66%、59.67%,超调量几乎为0,稳态误差小减小了约为44.94%和62.34%,与仿真结果相吻合。最终结果表明时间最优滑模控制调节时间短,超调小,稳态值平稳,稳态误差小,鲁棒性强等优点适合应用于光电跟踪系统目标快速捕获,在理论研究与工程应用中有进一步深入探讨研究的价值。