航天器地面试验与宇航员地面训练是航天任务圆满完成的重要保证,微低重力环境模拟技术是航天技术体系中不可或缺的一部分。在获得微低重力环境常用方法中,悬吊法具有实现简单、时长不受限等优点,被诸多工程项目选用。但在现阶段研究成果中,存在着因缓冲元件自身刚度过大导致系统对拉力变化不敏感、负载发生突变导致系统的精度与稳定性降低等问题,导致恒拉力系统的拉力精度与系统稳定性均不甚理想。针对缓冲元件自身刚度影响拉力精度的问题,本文设计了包含准零刚度机构的恒拉力系统,通过对准零刚度机构的力学分析,明确了其具有高静刚度-低动刚度的力学特性,并确定了机构的主要设计参数。围绕恒拉力系统主要执行元件进行分析,建立系统的理想数学模型与电机的数学模型,为后续控制方案的研制奠定了基础。为了提高恒拉力系统面对拉力突变工况的拉力精度与稳定性,结合系统的结构提出了通过控制准零刚度机构长度从而间接控制输出拉力的间接力控制方案。为了验证其有效性,同样设计了基于不完全微分PID的直接力控制方案进行对比。而后,分别建立两种控制方案的联合仿真模型进行仿真对比,结果表明间接力控制方案相较于直接力控制方案在系统的精度与稳定性方面性能提升明显。但仿真结果同时揭示了名义模型与实际模型之间的误差会使间接力控制方案存在稳态误差的现象,需从控制算法角度对这一现象进行分析并进行控制算法改进。围绕恒拉力系统控制品质的不利因素,对系统中存在的纯时滞环节、非线性摩擦力与电机转矩系数波动进行分析,通过仿真验证了这些因素对控制系统稳定性与控制精度的影响是巨大的,并从控制算法角度对不利因素抑制方法进行了研究。首先,设计了模糊Smith预估器对时滞进行了补偿,其次,在算法中加入了基于名义模型的干扰观测器对非线性环节进行抑制。最后,进行算法仿真,仿真结果表明,改进后的先进PID控制算法在控制品质方面有明显提升。为了测试本文设计的恒拉力系统性能,搭建了实验样机,并围绕样机开展了电机激励响应实验与外加载荷实验。实验有两个目的,其一是验证针对控制算法改进的有效性,其二是明确采用先进PID改进控制算法的恒拉力系统的实际性能。试验结果表明,改进后的控制算法控制品质提升明显,且在各种干扰下均能保持较高的控制品质,具有较高的工程应用价值。