近年来,随着现代军事国防技术的快速发展,光电平台作为关键部件备受关注,而其中控制系统作为核心起着关键作用。在控制系统中,跟踪精度是衡量光电平台系统性能的重要指标,系统的稳定控制是实现高精度跟踪的基本前提条件。由于光电平台的载体通常是飞机、舰船以及坦克等,导致其所处工作环境恶劣,加之自身结构的复杂性,使得系统通常具有耦合与较强的非线性问题,甚至存在时滞现象,同时系统还受到摩擦干扰,转动惯量不确定,测量元件噪声以及外界环境不确定性(例如载体运动,外界风阻力矩,温度变化等)等干扰的影响。这些问题的存在都将会影响光电平台的稳定跟踪性能,传统的控制方法无法使系统在复杂环境中工作时达到期望的性能指标,甚至导致任务无法顺利完成。基于此,本文的主要目的是设计兼具高安全性、强稳定性、强抗扰性以及鲁棒性的控制方案,分别结合自抗扰控制(Active Disturbance Rejection Control,简称ADRC)、动态面控制,Smith预估控制,扩张状态观测器(Extended State Observer,简称ESO)、以及闭环串联结构控制等先进控制算法,从理论分析和数值仿真两个方面对各种稳定跟踪控制方案进行研究。本文主要的研究内容如下:本文所研究的舰载光电平台系统,其机械系统采用两框架两轴稳定结构,即方位轴和俯仰轴,主要目的是通过伺服控制系统实现转台对运动目标的搜索和稳定跟踪。首先,介绍舰载光电平台系统的各部分组成和工作原理,建立伺服跟踪控制系统的数学模型;同时,对影响系统稳定跟踪性能的因素(包括系统内部因素和外界因素)进行详细的定性分析,进一步对载体的运动给系统视轴稳定带来的影响进行定量分析。提出光电平台系统控制的关键性能指标以及亟待解决的问题。针对所研究控制系统的非线性不确定性的特点,设计基于自抗扰控制的控制方案。首先,针对一类非线性不确定系统,基于逆Lyapunov方法和扰动理论证明自抗扰控制算法的稳定性。采用逆Lyapunov理论和扰动理论,解决现存文献中寻找一个合理的Lyapunov函数的困难以及对系统参数的限制问题。然后,通过频域内的伯德图(Bode)和根轨迹进一步对控制器的参数与自抗扰控制稳定性能之间的关系进行分析,从而得出自抗扰控制的参数整定规则,降低参数整定的复杂性和计算量;同时,结合一个数值仿真实例对所得出的结论进行有效性验证。最后,将自抗扰控制方法应用于带钢处理线活套的张力控制过程中,验证此方法的实用性。针对工程系统中存在的输入时滞问题,设计前馈补偿自抗扰控制方案。首先,对于输入时滞引起的输入控制信号与输出信号不同步的问题,利用Smith预估思想设计前馈补偿环节对输入控制信号进行预测,再结合自抗扰控制不依赖于精确数学模型和强抗扰性的优势,实现对输入控制信号与输出信号的同步以及系统的快速、精确的跟踪控制。这种控制方案不但解决了Smith预估控制对系统精确模型的敏感性,而且避免了由时滞问题引起的控制器带宽的限制,增大了闭环系统的稳定域。然后,通过Lyapunov理论和输入输出稳定理论对所提出的控制方案进行严格的稳定性证明,同时归纳出控制器的参数整定方法。最后,通过对常见的一阶时滞系统和二阶时滞系统的仿真分析,验证所设计的控制方案对具有稳定极点,临界稳定极点和不稳定极点的时滞系统,以及大时滞系统和普通时滞系统控制的有效性和抗扰性,同时验证当参数和滞后时间存在摄动时该控制方案的鲁棒性,提高所设计的控制方案在工程领域的现实性和实用性。考虑舰载光电平台的伺服跟踪系统存在转动惯量不确定性、摩擦干扰、载体运动干扰以及外界不确定性扰动的情况,设计一种无需精确系统模型的基于扩张状态观测器的性能约束动态面控制策略。与一般的动态面相比,性能约束动态面控制能够实现对跟踪误差的规定瞬态性能的要求,且具有计算成本低、收敛速度快等特点。然后,进一步与扩张状态观测器结合,获得对转台角位置、角速度的估计和不确定性动态的估计与补偿,用于控制器的设计过程中,解决动态面控制对非线性不确定动态可线性化的要求,提高控制方案的抗扰性能。其次,基于Lyapunov理论对所设计的控制策略的稳定性进行严格的证明,得出所设计的位置跟踪方案的一致最终有界性,且保证闭环系统的所有信号有界、观测器的误差和位置跟踪误差收敛到平衡点的很小邻域内。最后,通过数值仿真分析,验证该位置跟踪控制方案处理系统的各种不确定性扰动的能力,说明此控制方案的有效性,以及强抗扰性和鲁棒性。针对舰载光电平台系统由内部扰动、外部扰动以及测量元件噪声引起的伺服跟踪转台视轴不稳定以及跟踪误差大的问题,提出了基于自抗扰控制的双速度环扰动抑制控制方案。利用串联控制结构的优势,设计一个双速度环结构分别针对内部扰动和外部扰动进行抑制,解决了单速度环结构中测速陀螺同时抑制内部和外部扰动的困难和扰动抑制性能对模型参数的依赖问题;再结合自抗扰控制的快速响应以及强抗扰性的特点,设计基于自抗扰控制的双速度环扰动抑制控制方案,提高控制系统的收敛性能和抗扰性能,实现高精度、快速稳定跟踪运动目标的目的。为了体现基于自抗扰控制的多环控制方案的优势,与另外两种常用控制方案的仿真结果进行对比,验证所提出的扰动抑制位置控制方案的有效性和优越性。最后,总结本文主要的研究内容并对未来研究进行展望。