Выйдя к зрителям, кукла улыбалась это правильно?

Да, в целом это грамматически корректное предложение. Оно передаёт последовательность действий: сначала кукла вышла к зрителям, затем улыбалась.

Разбор по частям

• Выйдя к зрителям — деепричастный оборот совершенного вида, образованный от глагола выйти. Он согласуется с подлежащим (кукла) и указывает на действие, которое завершилось до момента главного действия.
• кукла — подлежащее.
• улыбалась — сказуемое, форма прошедшего времени несовершенного вида, указывает на длительное или повторяющееся действие в прошлом.
• запятая после деепричастного оборота отделяет его от главного предложения — правильно.

Что означает предложение

• Действие в деепричастии (выход) проговорено как завершённое перед основным действием.
• Затем происходит основное действие: кукла улыбалась.

Альтернативы в зависимости от нюансов

• Чтобы подчеркнуть одновременность действий или ход ситуации во время выхода:
  • Выходя к зрителям, кукла улыбалась. (деепричастие imperfective, действие выхода и улыбка происходят наряду)
• Чтобы подчеркнуть последовательность: сначала вышла, затем улыбнулась (как одно за другим, но main clause выше по глобальному смыслу):
  • Выйдя к зрителям, кукла улыбнулась. (деепричастие совершенного вида; улыбнулась — завершённое действие)
• Чтобы сделать предложение проще и нейтрально понятно:
  • Кукла вышла к зрителям и улыбнулась.

Если хочешь, могу предложить ещё несколько вариантов формулировки в зависимости от желаемой смысловой нюансировки.