随着航天技术的发展,卫星的发射越来越频繁,结构也越来越复杂。而且现在的大型航天卫星大多带有多个大型附件,如大型太阳帆板、空间挠性机械臂及一些抛物面天线等。这些大型挠性附件在卫星运行过程中将产生额外的干扰力矩,是卫星姿态及轨迹控制中一个不可忽略的因素。为了能够有效降低卫星在轨运行的风险性,在地面开展卫星控制系统的全物理仿真实验无疑变得越来越重要。本论文研究的挠性模拟器是卫星姿态和轨迹控制系统全物理仿真实验中的一种专用设备,用来模拟真实环境下卫星挠性附件对卫星本体的扰动。本文从工程实际的角度出发,对模拟器控制系统进行研究。首先,以永磁同步电机直接驱动惯量盘输出挠性力矩的模拟器为背景,详细分析永磁同步电机的数学模型,并考虑惯量盘负载对电机输出力矩的影响,将其视为负载扰动。然后,着重分析了系统中存在的摩擦力矩、参数摄动等非线性干扰的机理及影响,介绍了较为完善的库伦摩擦力矩模型,完善了整个挠性模拟器控制系统模型。然后,在深入分析力矩伺服系统动态特性、干扰力矩和性能指标的基础上,设计电流、转速和力矩的多闭环PID结构,提高系统频宽,改善系统动态和稳态性能。针对系统存在的扰动问题,设计力矩指令前馈补偿环节来减小系统的干扰,提高系统的力矩稳定度。通过分析极限频率和极限幅值下的输出力矩性能,可知在传统的线性PID控制策略下,非线性的摩擦力矩会使系统低速运行时出现爬行现象,严重影响模拟器低速性能。针对模拟器系统低速运行下力矩性能的不足,在多闭环控制结构的基础上,提出自适应和迭代学习相结合的新型控制策略,设计自适应转速控制器和迭代自适应力矩控制器,并利用李雅普诺夫理论对控制器进行稳定性分析。和传统控制方法进行对比,新型控制方法在低速和高速运行对非线性扰动均具有很好的抑制,保证高精度的力矩跟踪。最后,根据挠性模拟器控制系统的性能指标要求,确定挠性模拟器控制系统的整体方案,将前述的理论研究成果应用于实际的控制系统设计中。搭建实验平台,进行系统调试,解决了系统由于非线性扰动而导致低速性能不足的问题,突破了高精度变频率力矩加载,满足高性能试验要求。实验结果表明复合控制策略有效地对系统非线性进行补偿,在不同频率、不同幅值的力矩指令下的输出性能均能满足设计要求,验证了本文设计地控制方法的可行性和有效性。