随着光电跟踪系统应用领域的不断拓展,期望光电跟踪系统具备灵活性和机动性,以便无论在哪种运动平台下都可以实现对目标的稳定跟踪。在运动平台下的光电跟踪系统面临的技术挑战较传统地基光电设备更大。由于运动载体的机动和环境振动会严重影响系统的视轴稳定,因此光电跟踪系统的抗扰技术至关重要。本文针对光电跟踪系统中机架和精密稳定平台等执行结构在实现视轴稳定控制中面临的问题,分别提出了基于H∞原理的扰动观测器设计方法、基于虚拟速度三闭环控制、改进型Smith预估器和复合稳定平台及控制方法,并通过实验验证分析了所提方法达到的性能效果。本文首先介绍了光电跟踪系统的工作原理,分析了稳定和跟踪两个问题的处理方式。通过建立光电跟踪平台的坐标系,推导了实现视轴稳定的扰动补偿方程,并基于扰动补偿方程阐述了惯性陀螺的两种安装方式。其次,分析了光电跟踪系统的复合轴控制结构,对机架和精密稳定平台分别进行了数学建模。因为系统的视轴稳定精度取决于系统的扰动抑制能力。对任何伺服系统来说,系统的扰动抑制能力都是由主动抑制能力和被动抑制能力组成。主动抑制能力的性能取决于被控对象的特性、惯性传感器的性能和控制算法。而被动抑制能力取决于平台自身的机械隔离特性。本文从主动抑制和被动抑制两个角度展开稳定控制技术研究。提出了一种基于H∞原理的扰动观测器设计方法,利用扰动观测器观测出外界扰动并进行前馈补偿以提高机架系统的扰动抑制能力。但机架被控对象的非线性特性会影响扰动观测器的稳定性。本文进一步利用H∞控制理论分析关于扰动观测器的Q滤波器设计的优化方程,以确保扰动观测器的稳定性。由于该优化方程为非标准的H∞优化方程型式,难以实现求解。因此理论推导和分析了将非标准优化方程转换成优化方程的计算步骤。基于吊舱平台的稳定实验表明在吊舱转轴存在非线性摩擦特性的情况下,扰动观测器稳定并可以将1Hz处的扰动能力提高-11.22d B。为了满足精密稳定平台轻量化和小型化的需求,从减少传感器数量和节约成本的角度出发,兼顾系统的稳定性要求。提出了基于虚拟速度环的三闭环控制方法,利用价格低廉、体积小、重量轻、测量带宽宽的MEMS线加速度计来估计平台的角速度信号。数学推导了信号数字积分的基本原理,并针对积分过程中产生的累积误差问题,设计了一种周期性的虚拟初始速度修正方法,消除了累积误差的影响。实验结果表明,在低频段虚拟速度信号可以替代陀螺传感器的使用,实现对平台速度状态信息地近似表征。并利用虚拟速度信号作为速度反馈信号实现了稳定的三闭环控制系统,验证了该方法的可行性。考虑到延迟环节对闭环稳定回路带宽的限制,提出了一种改进型Smith预估器补偿方法。通过对比分析Smith预估器、内模控制和扰动观测器的控制结构和补偿原理,将扰动观测和补偿的设计思想引入到传统的Smith预估器中,得到了一种改进型的Smith预估器控制结构。对改进型Smith预估器的理论分析表明该方法不仅可以改善陀螺信号滞后对速度环的影响,而且还提高了系统低频段的扰动抑制比。最后在基于精密稳定平台稳定控制实验中验证改进型Smith预估器算法的有效性。最后针对精密稳定平台高频隔振能力不足的问题,提出了一种复合式稳定平台结构。从单级精密稳定平台的被动隔离特性和闭环回路中的动力学方程开始分析,指出了通过降低平台刚度系数提高被动隔离能力对系统主动稳定带宽设计产生的限制。然后建模分析了复合平台的被动隔离特性、主稳定平台的动力学方程和次稳定平台的动力学方程。并对次稳定平台在闭环设计过程中出现的不确定问题,提出了一种基于模型的鲁棒控制器设计方法。在此基础上搭建了相应的复合稳定实验验证平台。最终的扰动抑制对比实验结果表明复合稳定平台能够极大地提高系统全频段的扰动抑制能力。