快速反射镜是用于控制目标光源到接收器之间光束传播方向的小型精密光学仪器。随着技术的发展,各领域对性能指标的要求越来越高,所以高性能的快速反射镜系统变得越发重要。本文以某快速反射镜控制系统的设计及性能提升研究为主要工作。具体研究思路是:首先,设计出满足系统期望性能指标的控制器;接着,探索一种容易改变系统指标的控制器设计方法;最后,如何进一步提升系统性能指标。主要工作有以下几点:第一是建模,建立了一个简化且能够全工况描述系统的非线性模型,即噪声+物理上下界+线性模型的本质非线性模型。具体建模思路是:首先采用理论建模与实验测试相结合的方式,建立系统的线性模型,并进行参数校正;接着,将物理上下界简化为多个饱和限及死区限,并通过实验测试与理论推导验证确定,同时通过实验测得实际噪声模型,最终得到简化且在全工况描述系统的非线性模型。第二是控制器的设计与性能分析。采用古典频域法对设计了超前滞后、积分陷波等控制器,对于系统的一次谐振以及精度问题,古典控制器的设计展现出了调试困难,控制性能不够高等问题。采用现代控制理论设计了积分增广状态反馈控制器,状态反馈有着调节简便,控制效果良好等优势,但也暴露出其实现难度大、成本高的问题。同时,对不同控制系统的性能指标、鲁棒性进行了分析。最终得到的闭环系统,线性带宽均可做到期望带宽的500Hz,但由于电压饱和限的限制,系统的实际线性运行范围会有所下降。得出了系统本身的物理极限是限制系统线性工作范围的主要因素。第三提出了采用现代控制理论对系统分析设计,等价为古典控制器实现的控制器设计方法。该方法结合了古典与现代控制理论设计的优点,调试方便,实现简单。采用该法,将积分增广状态反馈等价降阶为积分+超前+零极点陷波形式的古典控制器,明确了状态反馈的实质,简化了控制器的实现难度与成本。对等价降阶后的控制器给出了数字控制器的迭代公式;同时采用Mulitism软件设计了模拟电路,并进行了仿真验证。最后对采用模拟控制器的实际系统进行了闭环验证,证明了仿真的准确性。第四就进一步提升系统性能指标,对耦合问题进行了分析讨论。通过辨识与耦合机理的分析,建立了耦合模型。设计了古典解耦控制器和MIMO的积分增广状态反馈控制器。经验证,以上两种控制器均可有效压制耦合影响。最后,对两种控制器进行了单变量的鲁棒性分析。