气流随机冲击引起的姿态扰动是飞行器光电系统的主要扰动源，在系统自身转轴摩擦和质量不平衡等因素的作用下，严重影响了光电系统视轴稳定性。为了有效抑制扰动力矩的影响，建立了外俯仰、内方位两轴光电系统动力学模型，给出了扰动因素和运动耦合综合作用下的扰动传递关系。根据系统动力学模型，提出了扩展卡尔曼滤波扰动力矩估计方法，并构建扰动力矩前馈控制回路，实现了对扰动力矩的实时补偿,大大提高了光电系统的稳像控制精度。利用飞行模拟转台对某两轴光电系统进行了半实物仿真实验，结果表明: 在幅值为1°、频率为2 Hz的载体扰动条件下，采用前馈补偿方法系统俯仰和方位框架的视轴稳定精度均方根值分别达到0.026 4 mrad和0.029 0 mrad，相比扰动观测器控制方法分别提高了64.1%和69.6%。

为了解决传统比例-微分-积分(PID)控制器在精密光束指向系统（FPB）应用中存在的控制精度与超调量之间的矛盾, 并使其可在现有控制系统硬件平台中应用, 设计了一种数字复合PID控制器。该控制器采用了传统PID、前馈补偿以及抗积分饱和算法三部分综合而成, 在控制器复杂性和处理时间不显著增加的前提下, 缩短了调节时间及过冲, 改善FPB系统的指向精度及动态特性; 对该控制器的结构进行了分析, 并与采用传统PID控制器的FPB进行了对比试验。结果表明, 在相同的实验条件下, 采用复合PID控制器的FPB系统与采用传统PID控制器的FPB系统相比, 调整时间缩短了约11.4%, 最大超调量从12.7%降至1.8%。在现有计算能力受限的控制系统平台上, 可实现FPB系统性能的有效提升。

高加速度运动系统中非线性摩擦的建模补偿对提高轨迹跟踪性能至关重要。本文针对传统参数化模型难以准确预估高加速度运动启停阶段摩擦过冲等非线性摩擦的问题, 在传统模型结构的基础上, 结合扩展Stribeck模型, 提出一种扩展参数化模型, 模型参数的训练和学习样本源于高精度迭代学习控制获取的有限轨迹下非线性摩擦前馈补偿数据, 并采用Levenberg-Marquardt算法拟合模型参数。最后, 在音圈电机驱动的高加速定位平台上针对不同运动轨迹进行了实验验证。结果表明, 该方法能够克服传统参数化模型难以消除高加速度启停阶段摩擦过冲等非线性摩擦对轨迹跟踪精度的影响; 且与迭代学习控制的轨迹跟踪精度接近, 有效避免了迭代学习泛化性差等问题, 可实现工作空间下任意轨迹的摩擦补偿。

针对制导炮弹周期性滚转产生的俯仰和偏航通道之间的交叉耦合效应，采用前馈补偿法解耦结合PID控制器设计了解耦控制算法。建立自旋制导炮弹数学模型，求解得到俯仰和偏航方向的传递函数，利用相对增益判定耦合度并采用前馈补偿法进行解耦，运用PID控制结合前馈补偿器设计制导炮弹的解耦控制系统,该方法简化了控制器，实现了对制导炮弹强耦合系统的解耦。经数值仿真分析可知，所设计的控制方法在强耦合和参数摄动下，具有快速响应能力、较高指令跟踪精度和强鲁棒特性，实现了系统解耦，满足系统性能要求。

结合神光II升级装置腔空间滤波器远场准直的特点，通过建立孔间耦合模型，提出了一种孔间前馈补偿和孔内反馈调节相结合的多孔串并行综合准直控制方法。该方法通过位置预估和局部极值搜索来实现所有基准中心的提取,并依据图像Jacobian 矩阵，计算各反射镜电机的反馈控制量。将前孔准直调节量作为后孔准直扰动，并利用孔间耦合模型计算出后孔准直所需的前馈扰动补偿控制量，综合反馈控制量和前馈补偿量实现多孔的串并行准直调节。实验结果表明，基准中心的识别准确率达到97%以上，准直时间由约1 min缩短至30 s左右，在很大程度上提高了准直效率。