机载云台能够隔离载体的扰动，在动态环境下精确保持探测设备的姿态基准，并实现对机动目标自动跟踪，因此在动平台传感探测系统特别是航空航天遥感与测量系统中应用广泛。机载云台的作用有两个:1.隔离动态基座（如飞机）的晃动、振动，以避免对负载造成影响，从而保证所承载的感知类设备（如摄像机、雷达等）获得稳定而清晰的探测信息，如视频等;2.对这些感知类负载设备的视轴进行实时控制，从而实现对动态目标的跟踪。　　对于小型无人机机载云台的控制而言，除了要满足上述普通云台的振动抑制与伺服跟踪两个基本功能要求以外，还有其自身的特殊性要求。第一个问题源于小型无人机的载重能力限制。为了减小云台的自身重量，云台本体采用了碳纤维结构。这就造成了云台本体结构的刚性不足，导致控制系统设计过程中的被控对象建模困难。为了绕开建模困难或者模型不确定性严重的问题，本文探索研究了无模型条件下的控制器参数调整问题。其次，小型无人直升机的发动机所造成的振动和螺旋桨所造成的风扰都比较大，因此对云台的抗扰动能力提出了更高的要求;第三个问题是关于云台的伺服跟踪性能，绝大部分情况下，小型无人直升机载云台被用于在低空情况下对地面快速目标的实时跟踪，因此云台的控制系统需要具备良好的伺服跟踪能力。　　为了满足上述小型无人机机载云台的控制系统设计要求，本文针对云台自身特性及性能要求进行了一系列的控制方法研究。　　首先，针对云台系统建模难的问题，作者探索了已有的频域控制思想并在此基础上提出了一种无模型条件下的PID控制器参数调整方法。在研究过程中，通过参数变换以及借助bode图分析了PID控制器参数与PID控制器开环幅相特性的关系;通过对系统Nyquist曲线及其所在复平面性质的分析得到了系统的开环幅相特性与闭环幅值特性之间的关系。利用这两种关系便可以得出PID控制器的各个参数是如何影响PID控制系统在各个频段处的幅值的。基于上述分析结果，最终给出了一套无模型条件下的PID控制器的参数调整规则。这套准则能够在保证系统稳定性良好（系统响应输出中无振荡或振荡很小）的前提下，控制器的参数值尽可能地大，以保证系统伺服响应速度较快或扰动抑制能力较强。采用这套规则，便可以直接根据系统的响应输出曲线特性对PID控制器参数进行调整，从而避开了系统建模这一难点。相关内容详见本文第二章。　　其次，为了进一步增强系统的抗扰动性能，本课题在速度反馈的基础上增加了加速度反馈。然而，反馈回路之间的参数耦合增加了参数调整的难度，导致两种反馈信息不能得到充分地利用。为此，本文提出了一种基于扰动补偿器的2DOF控制方法，这种方法具有一系列优点:结构简单，易于实现;扰动补偿器增益的变化对整体系统的伺服跟踪特性影响微弱;适用于内环路的加速度反馈设计。采用这一控制方法，解决了双环路控制系统中角速度反馈与角加速度反馈之间的耦合问题。使得角加速度信息得到充分的利用以提高系统的抗扰动性能。详见本文第三章。　　再次，云台控制系统的设计目标是要使系统同时具有良好的伺服跟踪性能和扰动抑制性能。然而一般的单自由度控制方法只能其中的某一性能达到最优。针对这一问题，本文创新地提出了基于前置预滤波二自由度控制方法。并给出了一种前置预滤波器的基于最小二乘法的设计方法。这套方法能够使得系统的抗扰动性能和伺服跟踪性能得到解耦，即分开设计。从而避免了单自由度控制系统中的性能耦合所导致的两个性能不能同时到达最优的问题。详见本文第四章。　　最后，本课题创新地设计了一套两轴云台性能验证实验系统。采用这套系统，对本文所提出的各个控制方法进行了实验验证。实验结果表明，云台具有良好的扰动抑制性能和伺服跟踪性能，从而验证了所提方法的有效性。具体详见本文第五章。