小型化、轻量化和高精度是成像导引头的发展趋势之一。反射镜稳像平台通过控制成像光路中一块或多块反射镜来改变视轴运动的方向,与传统成像导引头整体稳像平台相比,具有结构形式灵活、体积小以及惯量小的特点,可以实现导引头的小型化、轻型化和异型结构空间安装。然而,成像光路中反射镜的灵活布局使导引头视轴运动呈现复杂多变特点,为高精度视轴控制系统设计带来了挑战。本文以反射镜稳像平台的高精度视轴控制为目标,对反射镜稳像平台视轴运动机理、视轴运动学和动力学建模方法、高精度自适应鲁棒控制器设计以及宏微双级控制器设计等方面开展深入研究。论文主要工作包含以下几个部分:(1)分析了反射镜平台视轴运动机理。首先,结合光学反射矢量理论和整体稳像平台视轴运动机理,提出一种虚拟方位–俯仰式两框架整体稳像平台方式以等效反射镜稳像平台的视轴运动,建立了反射镜平台视轴运动学方程推导的通用方法。其次,针对偏轴反射镜平台视轴运动非线性特点,不再局限于选取常规方位–俯仰式虚拟两框架整体稳像平台,提出一种虚拟三框架整体稳像平台形式,使得虚拟整体稳像平台框架角和反射镜平台框架角之间保持线性关系,从而为该类型反射镜平台的视轴运动学方程和动力学方程推导提供了解决途径。所提的虚拟整体稳像平台方法为推导不同类型反射镜平台视轴运动学方程提供了一种新的思路。同时,针对偏轴反射镜平台视轴运动非线性特点,进一步提出了在虚拟整体稳像平台框架类型选取过程中应遵循虚拟整体稳像平台框架角和反射镜平台框架角之间保持线性关系的原则,从而为虚拟整体稳像平台框架类型选取提供了设计依据,为偏轴反射镜平台视轴动力学建模和控制系统设计奠定基础。(2)为了更好地掌握反射镜平台的动力学特性,进行高精度控制算法设计,对其关键动力学参数进行了辨识。首先,考虑工程实现提出了在有限行程约束及无力矩传感器条件下系统转动惯量、摩擦力矩等动力学参数的辨识方法,并经过了实验验证。其次,重点针对反射镜平台参数不确定性、非线性扰动力矩的以及执行电机饱和问题,提出了综合指令滤波器和扩张状态观测器的自适应鲁棒控制策略。其中,扩张观测器用于对系统建模误差及非线性干扰力矩进行实时观测和补偿,降低控制器中鲁棒项的保守性,提高控制精度。指令滤波器用于有效消除执行电机饱和影响,保证执行电机饱和条件下系统控制精度和稳定性。最后,通过Lyapunov方法对所提控制器的稳定性进行了证明。所提出的控制策略为实现偏轴反射镜平台高精度视轴控制提供了一种有效途径。(3)宏微双级控制系统是在原有反射镜稳像平台基础上,在成像光路中增加高带宽、高精度的微控制装置,通过控制透镜运动进一步提高视轴运动控制精度。由于宏动、微动两级之间在控制回路带宽、工作行程等动力学特性方面存在较大差异,在控制系统设计时需要重点考虑宏微两级系统的整体稳定性。同时考虑到鲁棒H_∞控制器保守性问题,提出基于自适应模型补偿的鲁棒H_∞控制方法。首先,该算法采用自适应模型补偿项对宏微双级控制系统动力学参数、非线性干扰力矩进行在线估计和前馈补偿,简化被控对象的动力学模型。然后,基于系统简化动力学模型进行鲁棒H_∞控制器设计,降低了鲁棒控制器的设计难度和保守性,设计出具有更高控制精度和更强抗干扰能力的鲁棒控制器。最后,通过Lyapunov方法证明了系统的稳定性并满足指定的H_∞跟踪性能。(4)对本文研究的控制算法进行了实验验证。基于反射镜稳像系统平台原理样机,完成了控制系统的软、硬件设计。同时,在五轴仿真飞行转台上开展了性能测试,对本文所提控制方法的性能以及基于反射镜稳像平台的成像导引特征进行了实验验证。