随着科技水平的进步,人们对于外太空的探索的需求愈加强烈、迫切,作为航天探索工具的航天器在探索的过程中起到了不可或缺的作用。在太空中的任务较为繁琐,空间环境复杂,这对航天器的设计和研制提出了严格的要求。所以在地面进行航天器的测试实验显得尤为重要和必要,六自由度气浮台仿真系统试验就是其中之一。六自由度气浮台仿真系统包含轨道器和上升器,可充分模拟航天器在轨交会对接的过程,进而有效地减少了测试的成本,而且可以进一步优化执行任务的效果。为使交会对接的过程更加稳定、迅速,本文将对轨道器的垂向补偿控制系统和上平台的质心稳定控制系统进行深入的研究。首先,针对于垂向气浮轴承,分析了垂向控制整个运行的过程,综合考虑不同影响因素如气膜阻力、电气比例阀等对垂向控制系统的影响,采用部件级建模的方法,建立各部分的模型,并考虑滞后因素,结合整体受力,得到压力控制系统模型和垂向位移控制系统模型。并仿真验证了系统模型的可行性。其次,对于级联控制系统的内部压力环路具有滞后回路的情况,Smith的预测控制被用于执行补偿控制。外环先采用数字增量式PID控制器,内环采用Smith预估控制器对滞后环节进行初步的补偿控制。针对模型存在的失配情况,改进设计了基于超稳定性原理的改进Smith预估控制器。而后,结合实时性控制等要求,设计了基于改进模糊控制器与PID控制器并联组成的复合控制器作为外环的控制器。对整个补偿控制的效果进行优化,然后对不同的控制方案进行比较和仿真验证。再次,对轨道器的姿态上平台的质心稳定控制系统的工作原理和过程进行了研究与分析。并结合罗德里格斯参数的建模方法,建立了上平台的质心控制系统模型。根据抗干扰和快速稳定的要求,设计了快速非奇异终端滑模控制器,对比了其和PID控制器的性能。仿真对比了两种控制算法的效果。最后,对垂向补偿控制系统和质心稳定控制系统的硬件系统进行选型,搭建了软、硬件系统。设计人机交互界面,编写控制程序并对提出的控制方案进行工程实验测试。