本发明涉及机械工程动力学技术领域，具体地涉及一种两自由度回转俯仰运动机构动态响应预测算法，包括：获取指令回转和俯仰角度；机理模型接收指令角度，计算理论回转俯仰角度；Stacking集成学习模型，以指令回转和俯仰角度和机理模型的计算数据作为输入，以机理模型计算的理论回转和俯仰角度与指令回转和俯仰角度之间的差值作为输出，将机理模型的计算数据作为Stacking集成学习模型的训练数据，使机理模型融入到集成学习模型中，以补偿指令角度与理论回转俯仰角度之间的残差；将残差与机理模型计算的理论回转俯仰角度相加得到预测的回转俯仰运动机构的动态响应。本发明能够对回转俯仰角实时预测，同时提高了预测精度和稳定性。