本文研究的方向是基于中科院先导专项量子通信项目中所设计的1.2m光通信望远镜。该望远镜同时具备量子激光通信端和天文观测端。为保证望远镜系统能同时在量子激光通信端和天文观测端都具有高指向精度和跟踪精度,本文对影响望远镜精度的因素进行了分析,主要包括两个方面,内部扰动和外部扰动。内部扰动如模型不确定性,电机力矩波动,摩擦力扰动和传动间隙等。外部扰动对于地基式的望远镜系统则主要是风扰。所有这些因素都将严重影响望远镜的跟踪观测性能,为此,本文重点研究了望远镜中跟踪架的扰动补偿及精密控制技术。文中首先建立望远镜系统的动力学模型,并重点分析三个影响望远镜精度的主要因素:摩擦扰动,风扰和传动间隙。其次分析三种扰动给望远镜系统带来的影响,介绍了这三种扰动目前所常用的数学模型。最后,针对摩擦扰动和传动间隙,介绍了望远镜系统中所采用的一些补偿控制方法为抑制望远镜系统中的风扰及摩擦力扰动,提出一种结合内模与加速度环的多闭环控制结构。首先,深入分析结合内模与加速度环的多闭环控制结构存在的意义,以及该控制结构对扰动的抑制能力。对系统的扰动能力进行了实验测试,证实了依据理论分析所得出的结果。同时,通过给望远镜系统施加低频扰动,验证了结合内模与加速度环的多闭环控制结构对扰动的抑制能力优于传统位置速度双环控制结构和加入加速度环的三环控制结构。在采用引入加速度环的三环控制结构后,系统定点位置误差相比传统位置速度双环结构降低五倍。而在采用结合内模与加速度环的多环控制结构后,系统定点误差进一步降低两倍。由于加速度环需要安装一对额外的加速度传感器,将会增加系统的成本。因此,文中提出基于改进的扩张状态观测器的扰动补偿控制方法来抑制望远镜系统中存在的模型不确定性及摩擦扰动等。并从理论上证实了该控制方法是收敛的。同时在望远镜实验平台上,采用基于扩张状态观测器的扰动补偿控制方法对系统中的非线性扰动进行补偿。实验证实了所提出的基于扩张状态观测器的扰动补偿控制方法对于抑制系统中的换向误差有着明显的效果。相比传统PI控制方法,其最大误差降低百分之三十;相比线性自抗扰控制方法,其最大误差降低百分之十一。在采用基于扩张状态观测器的扰动补偿控制方法对系统非线性扰动进行抑制时,系统中仍然存在较大的重复性换向误差。在此基础上,提出一种基于扩张状态观测器的迭代学习控制方法。扩张状态观测器被用来将非线性系统改为近似的线性系统,而迭代学习控制方法被用来找出系统最优的控制输入信号。两种控制方法互相弥补,最后,对其实验验证,展示了该方法对于降低系统的换向误差有着优秀的能力。针对未来望远镜在运动平台上小型化的发展趋势,选择了直流无刷伺服电机驱动谐波减速器作为系统的传动机构。分析了谐波减速器的原理及特点。对于谐波传动系统的搭建作了详细介绍,最后建立谐波传动系统的动力学模型。为抑制谐波减速器给系统引入的柔性、齿隙和摩擦等一些非线性死区特性,提出两种基于双速度环的位置控制方法:双PI速度环和双扩张状态观测器的PI速度环。首先从理论上,深入分析双速度环对系统控制性能的影响。其次,对谐波传动模型进行建模仿真,证实双速度环能更好的克服系统中存在的死区特性。进一步,为降低系统中较大的换向误差,采用扩张状态观测器来估计系统中存在的非线性扰动,并与双速度环结构相结合。最后在实验平台比较了几种控制方法的性能。本文最后介绍1.2m量子通信望远镜在外场的实验情况,包括风扰的抑制实验,正弦引导实验以及恒星跟踪实验。