快速反射镜因为其响应快,频带宽等优点被广泛应用于多个领域,比如航空航天、望远镜和光电跟踪等。目前其性能需要进一步提高,是一个研究热点。本文以实际工程项目的快速反射镜系统为研究对象,目标有三个:第一,首先设计控制系统满足期望的性能指标;第二,研究系统的极限性能,同时分析限制系统性能的因素及它们与系统性能之间的关系;第三,为进一步提高系统性能给出改进建议。首先建立系统带有噪声的本质非线性模型,即线性模型+非线性模型+噪声模型。用理论分析、频域工具辨识以及人工辨识三种方法得到了系统的线性部分模型;将非线性模型简化为物理上下限的形式,通过实验测试、理论计算得到上下限非线性参数的数值;对于噪声模型,将实际的测试噪声序列打包做成了信号源加入到系统模型中。并对模型中的参数进行了灵敏度分析。针对系统的一次谐振必须包在闭环带宽内且相角裕度很小,设计了积分陷波超前控制器,达到了期望的性能指标,得出了控制不是限制系统性能的因素。并对系统跟踪500Hz正弦信号存在的相角滞后问题设计了前馈控制器,前馈控制器的加入使系统很容易进入非线性饱和限,得到了非线性才是限制系统性能的关键因素。接着研究系统的极限性能,通过理论分析和仿真得出:系统运动范围一定的情况下,带宽与加速度饱和限之间成二次函数的关系。非线性饱和限一定的情况下,带宽与运动范围之间成双曲线的关系。同时分析了在不同运动范围下,系统在极限状态下的稳态精度、动态指标和跟踪精度,得出了电压饱和限才是限制系统性能提高的最主要因素。最后分析了控制系统的鲁棒性。为进一步分析限制系统性能的因素,对耦合问题进行了分析。研究了三种解耦控制方法;对前馈补偿解耦控制器和反馈补偿解耦控制器的形式进行了简化;对扰动观测器解耦控制器进行了极限能力分析以及时域鲁棒性分析;并三种解耦方法进行了仿真验证;最后对几种解耦控制器进行了比较和分析。对设计的积分陷波超前控制器进行了模拟、数字实现,通过闭环实验,验证了设计的正确性。最后总结了限制系统性能的因素以及系统在极限状态下的精度指标,为进一步提高系统性能给出了改进建议。